PP1

Extracción de materias primas, disolventes, monómeros y oligómeros a partir de biomasa

La Planta Piloto 1 del proyecto BioNanopolys está enfocada a la extracción de materias primas, solventes, monómeros y oligómeros a partir de biomasa. Es por ello que, diferentes máquinas forman parte de esta planta pilot, agrupándose en lo que se llamarán a partir de ahora LP (líneas pilotos).

Actualmente se está trabajando en la actualización de una línea piloto de cocción y blanqueo para la extracción de celulosa de plantas autóctonas y estacionales, con el objetivo de optimizar el proceso. Los polímeros de celulosa extraídos serán hidrolizados para producir soluciones de azúcares fermentables. Para ello, se realizarán tratamientos enzimáticos de alta carga sólida (20-25%) con el fin de producir una solución con alto contenido en azúcares, la cual es necesaria para la implementación de procesos de fermentación altamente productivos.

Otra de las líneas está compuesta por un biorreactor multipropósito con acero inoxidable, fermentadores esterilizables con vapor de diferentes capacidades (10L, 50L y 200L) dotados con sistemas avanzados de monitoreo y control de procesos (DSP). Los hidrolizados celulósicos se utilizarán como materias primas para producir ácido láctico y ácido succínico, empleados como disolventes bio-copolímeros en bloque y también para la producción de polihidroxialcanoatos, biopoliésteres producidos directamente en biomasa microbiana.

PP2

Obtención de nanofibras y nanocristales de celulosa, nanoligninas

Existe un alto interés en las nanopartículas debido a sus propiedades únicas, siendo una apuesta futura para la contribución en el cuidado del medioambiente, pudiéndose obtener a partir de biomasa. El objetivo de la planta piloto 2 es poder extraer de la madera y biomasas vegetal las siguientes nanopartículas de origen biológico: nanofibras de celulosa (CNF), nanocristales de celulosa (CNC) y nanolignina.

• Los CNC se obtienen gracias a la hidrólisis química de las fibras celulósicas y se están llevando a cabo por ITENE.
• Los CNF se producen combinando tratamientos enzimáticos y mecánicos de la biomasa en piedras de amolar y extrusoras de doble husillo, en este caso, en las instalaciones de CTP respectivamente.

Estos dos líneas, las cuales están basadas en un proceso de fibrilación mecánica intensiva para generar nanofibras de gran superficie específica, tienen como principales objetivos:

• Pasar de los procesos de producción por lotes a continuos, incrementando las capacidades de producción hasta varios kg / día,
• Producir NFC de alta consistencia (20-30%),
• Asegurar que la calidad de las nanopartículas a base de celulosa cumpla con los requisitos.
• Optimizar las nanopartículas biobasadas obtenidas teniendo en cuenta sus futuras aplicaciones en las plantas pilotos del proyecto dedicadas a la fabricación de bionanomposites, bionanomateriales y bionanoproducts.

PP6

Modificación y funcionalización de nanomateriales en medio líquido y gaseoso

La modificación y funcionalización de nanomateriales es una forma habitual de potenciar la compatibilidad química con matrices poliméricas y mejorar las propiedades de determinados sustratos nanocelulósicos. En la planta piloto 6 del proyecto se han considerado tres enfoques: reacciones líquido-sólido y gas-sólido así como injerto por tecnología de cromatogenia.

Las reacciones líquido-sólido normalmente se llevan a cabo en recipientes equipados con sistemas de agitación mecánica y, en el caso de nanomateriales, de ultrasonidos para dispersarlos en el medio líquido. Sin embargo, la alta cantidad de reactivos, el tiempo de reacción y el consumo de energía que implica el proceso de modificación así como en el proceso de postratamiento para la obtención del aditivo en forma de polvo, son las principales causas implicadas en el precio final de este tipo de nanomaterial. Para solucionar esto, la implementación de diferentes sistemas dispersantes para romper aglomerados de partículas, aumentando la superficie específica de los nanomateriales, permitirá incrementar el rendimiento de la reacción, una reducción de reactivos, tiempo y energía consumidos, con el consiguiente ahorro en materias primas. , energía y producción de residuos químicos.

Por otro lado, para aplicar también el concepto de “química verde” en procesos de modificación de nanomateriales para lograr nanomateriales más rentables y amigables con el medio ambiente, se llevarán a cabo reacciones gas-sólido en el proyecto BIONANOPOLYS. En este tipo de reacciones, el uso de disolventes y los procesos de postratamiento son innecesarios en comparación con las reacciones líquido-sólido. En BIONANOPOLYS, esta tecnología se utilizará para modificar nanomateriales de una forma más sostenible.

Otra tecnología de modificación consiste en la técnica de cromatogenia que crea una superficie repelente al agua manteniendo la reciclabilidad y biodegradabilidad, siendo por tanto de gran interés para los materiales celulósicos. Hasta ahora este proceso, basado en un tratamiento superficial roll-to-roll sin disolventes, ha sido optimizado para tratar materiales celulósicos y en el proyecto BIONANOPOLYS se centrará en la actualización de esta tecnología para ser aplicada en diferentes materiales nanocelulósicos para mejorar principalmente su sensibilidad al agua.

PP11: textil

Textiles y telas no tejidas 

En BIONANOPOLYS, STFI es el líder de dos lineas piloto de no tejidos: una línea de fusión por soplado y una línea de fibras no tejidas.

La planta de fusión por soplado es una línea de extrusión de no tejidos con un ancho de trabajo de 60 cm. Actualmente, está equipado con una unidad de boquilla de una sola fila que tiene un rendimiento de 10 kg de granulado de polímero por hora, dependiendo del material polimérico procesado. La planta se utiliza para la producción de telas no tejidas de filamentos muy finos hasta ultrafinos para aplicaciones médicas o de filtración. Para lograr diámetros de filamentos aún más finos y una mayor eficiencia (rendimiento de material), se planea la instalación de una nueva unidad de boquillas de múltiples filas para el verano de 2021. Una segunda mejora está dedicada a la unidad de carga eléctrica utilizada para la modificación de la superficie en línea de los filamentos durante el verano de 2021. proceso de fusión por soplado.

La línea de fibras no tejidas tiene un ancho de trabajo de hasta 240 cm y una velocidad de trabajo de máx. 10 m / min. Puede procesar fibras naturales y sintéticas en un rango de finura de fibra de 1 a 28 dtex. Las telas producidas tienen una masa por unidad de área que va de 50 a 1500 g / m2 y la unión posterior de la banda se puede realizar mediante punzonado, cosido o spunlacing. Los principales campos de aplicación de los no tejidos de fibra son los sectores de la automoción o la construcción. La mejora tiene como objetivo la mejora de los parámetros de calidad, como la homogeneidad, las tolerancias en el gramaje y el grosor de los no tejidos. Por lo tanto, se implementan unidades de control e interfaces digitales para mejorar la escalabilidad y reproducibilidad de los no tejidos de fibra producidos. Además, un seguimiento unidad para controlar continuamente la masa por unidad de área y / o el grosor de los no tejidos de fibra y para detectar variaciones de material se planifica en cooperación con los socios del proyecto IRIS y CEA.