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Valladolid, 3 de diciembre de 2013Yolanda Núñez
De Residuos del Vino a Productos de Alto Valor AñadidoLIFE HAproWINE
LIFE08 ENV/E/000143
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2ÍNDICE
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 laboratorioEscalado a Planta Piloto Molienda Tratamiento químico Formación de composites Diseño de experimentos Caracterización de WPCs Conclusiones Aplicaciones
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3
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4
COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS DE ALTO VALOR
AÑADIDO
IDENTIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
ANÁLISIS DE LAS ESTRATEGIAS DE
SÍNTESIS
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
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
Identificacion de los compuestos residuales con mayores perspectivas para
ser revalorizados.
COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS
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5
DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS ORGÁNICOS DEL VINO
IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
(Ruggieri et al., 2009)
Orujos (62%)
Lías (14%)
Pieles, semillas y tallos (12%)
Lodos de aguas residuales (12%)
La industria vitivinícola española genera entre 2 y 3 millones de toneladas anuales deresiduos o subproductos, principalmente producidos durante el período de la vendimia. Lamayoría de los residuos generados en una bodega (80-85%) son residuos orgánicos.
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6
LÍAS (Lías secas)• Ácido tartárico (12%)• Proteínas (20%)• Fibra alimentaria
(Celulosa, pectinas, hemicelulosa, lignina, polifenoles) (25%)
• Azúcar y pigmentos (10%)
• Lípidos (4%)
PIELES, SEMILLAS Y TALLOS•Lípidos (15%)•Proteínas (10%)•Fibra alimentaria
(Celulosa, pectinas, hemicelulosa, lignina, polifenoles) (65%)
ORUJOS•Azúcar (14%)•Contenido en
humedad (65%)
DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS ORGÁNICOS DEL VINO
IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
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7
APLICACIONES POTENCIALES DE LOS RESIDUOS DEL VINO
IDENTIFICACIÓN DE COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
Cosmética
• Vinoterapia.
• Cosméticos ricos en polifenoles.
Alimentación
• Colorante alimenticio.
• Polifenoles usados como agentes antimicrobianos.
• Alimentos funcionales.
Industria
• Taninos.• Ácido tartárico.• Biomasa.• Alimentación animal.• Enmienda orgánica de suelos.• Biodiesel e hidrógeno.• Sector plástico.
Farmacia
• Compuestos ricos en antioxidantes.
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8
CRITERIOS DE SELECCIÓN
1. ASPECTOS ECONÓMICOS
Cantidad de residuosCoste de la gestión del residuoCoste del producto recuperadoValor del producto final
2. ASPECTOS TÉCNICOS
Potencial de paso a escala industrialNo probado a escala piloto/laboratorio
3. ASPECTOS AMBIENTALES
Peligrosidad del residuoImpacto ambiental del proceso de recuperaciónImpacto ambiental del producto final
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
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9
Aplicación Viabilidad económica Aplicación Viabilidad
económica
Cosméticos + Producción de agentes de control biológico +
Vinoterapia ++ Producción de enzimas ++
Suplementos alimenticios ++ Producción del
polisacárido polulano
Tratamiento contra el Alzheimer = Alimentación animal +
Colorante alimenticio + Fertilizantes +++
Alimentos funcionales + Biodiesel ++
Aditivos alimenticios +++ Biomasa ++
Taninos + Biopolímeros ++
Adhesivos + Refuerzo de plásticos ++
Adsorbentes ++
1º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos económicos
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
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10
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
2º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos técnicos
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
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11
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 = + + ++
3º CRITERIO DE SELECCIÓN: Aspectos ambientales
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
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12
Aplicación Aspectos económicos
Aspectostécnicos
Aspectosambientales Puntuación
Producción de agentes de control
biológico+ ++ +++ 6+
Producción de enzimas ++ ++ ++ 6+
Alimentación animal + + ++ 4+
Biopolímeros ++ ++ ++ 6+
Refuerzo de plásticos ++ ++ ++ 6+
CONCLUSIONES
SELECCIÓN DE COMPUESTOS
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COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS
ENSAYOS A ESCALA LABORATORIO
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15
ESCALADO
DISEÑO DE PLANTA PILOTO
CONSTRUCCIÓN PLANTA PILOTO
DISEÑO DE EXPERIMENTOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
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.
Validación de los parámetros óptimos para la preparación del composite.
Selección de objetivos (impurezas, selectividad,
rendimiento…)Diseño del reactor.
ESCALADO DEL PROCESO DE REUTILIZACIÓIN DE RESIDUOS DEL SECTOR VIVIVINÍCOLA
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ESQUEMA DE VALORIZACIÓN DE FIBRAS DE CELULOSA
COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
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17
COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO
COMPUESTOS DE ALTO VALOR AÑADIDO A PARTIR DE RESIDUOS
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PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
1.1. MOLIENDA
VARIABLE: tamaño de fibra
Tamiz de 1,5 mm Tamiz de 4 mm
OBJETIVO: Reducir tamaño de partícula
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19
Dos etapas de descomposición
Celulosa 200 ºC
Hemicelulosa 300 ºC
Lignina 350 ºC
2.9% humedad
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
1.1. MOLIENDA – Caracterización de las fibras molidas
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20
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO
OBJETIVO: Eliminar la lignina y separar las fibras de celulosa
AGENTE QUÍMICOAGENTE QUÍMICOPROCESO A
PRESIÓNPROCESO A
PRESIÓN
POST-TRATAMIENTO
CON H2O2
POST-TRATAMIENTO
CON H2O2
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21
80
85
90
95
100
100012001400160018002000
Tran
smittan
ce (%
)
Wavenumer (cm‐1)
C=O(hemicellulose)
Ar (lignin)
CH3(lignin)
CH2(cellulose)
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO
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22
La extracción más efectiva de la lignina se alcanzó utilizando untratamiento alcalino a presión + post-tratamiento con H2O2.
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
2.1. TRATAMIENTO QUÍMICO
2.2. FILTRADO
2.3. SECADO
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23
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
3.1. DESHUMIDIFICACIÓN
3.2. FORMACIÓN DE COMPOSITES
3.3. PELETIZACIÓN
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Fibras de celulosa
Polímero
Matriz polimérica
Fibras de celulosa
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
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%)
Condiciones de proceso: perfil de Tª, velocidad del tornillo
Diseño de experimentos
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25
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
CARACTERIZACIÓN WPCs
Espectrofotómetro de infrarrojo (FTIR)
Análisis termogravimétrico
(TGA)Microscopio óptico
Además se midieron propiedades mecánicas, conductividad...
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26
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
CONCLUSIONES
La valorización de fibras de celulosa a partir de residuos lignocelulósicosprocedentes de la industria del vino como refuerzo de compositesplásticos 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.
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27
APLICACIONES
Automoción Construcción Ocio
Mobiliario y decoración
Jardín y exterior
PROCESO DE VALORIZACIÓN DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
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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.
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Muchas Gracias
Con la contribución del instrumento financiero LIFE de la Unión Europea
LIFE08 ENV/E/000143
Yolanda Núñez - Fundación CTME Tel. 947.33.15.15
LIFE HaproWINE