Turning waste into value: Production of the high-value compounds poly(3-hydroxybutyrate) and lactic acid from renewable feedstocks based on municipal solid waste

Abstract

El modelo de sociedad actual y el aumento de las ciudades, esta generando un incremento de la generación de residuos sólidos municipales. Este hecho ha puesto de relieve un problema que no solo afecta la parte medioambiental, sino que también la económica y la social. Por consiguiente, su gestión se ha convertido en un reto para el cual se esta buscando soluciones efectivas e innovadoras.En este trabajo, bajo un enfoque de bioeconomía circular, se estudió la posibilidad de utilizar la fracción orgánica de residuo sólido urbano, así como el compost derivado de esta, como materias primas para la producción de poli(3-hudroxibutirato) y ácido láctico, respectivamente.Por un lado, la producción de poli(3-hidroxibutirato) se llevó a cabo mediante el cultivo, en medio líquido, de la cepa Burkholderia sacchari DSM 17165. Para ello, se empleó como medio de cultivo un hidrolizado rico en azúcares obtenido a partir de la fracción orgánica de residuo sólido urbano. La obtención del hidrolizado se realizó mediante la combinación de un pretratamiento termoquímico yuna hidrólisis enzimática. El hidrolizado resultante fue adecuado para el crecimiento de la cepa, pero el ratio C/N no fue lo suficientemente alto como para que tuviera lugar la producción de polímero. No obstante, la suplementación del hidrolizado con un extra de glucosa y sales incrementó el ratio y suplió los requerimientos nutricionales del microorganismo, dando lugar a la producción de poly(3-hidroxibutirato). Así mismo, con los datos obtenidos en este primer estudio, se llevó a cabo el escalado del proceso de producción del biopolímero a escala de laboratorio (5 L). Para ello se utilizó el hidrolizado de la fracción orgánica de residuo sólido urbano como medio de cultivo inicial (fase batch) por su equilibrio nutricional y un concentrado de residuos de ciruela, rico en azúcares, como ¿feed¿ en la fase-batch. Finalmente, se evaluó la viabilidad tecno-económica del proceso mediante una simulación con el software SuperPro Desigenr ®. Los resultados obtenidos indicaron que, aunque la producción de poly(3-hidroxibutirato) es técnicamente viable, no lo es económicamente, debido principalmente al bajo rendimiento de fermentación.Por otro lado, con una metodología similar a la anterior, se diseñó una estrategia para la obtención de un concentrado de aminoácidos a partir del excedente de producción de compost generado con la fracción orgánica de residuo sólido urbano. Dicha estrategia consistió en una hidrólisis proteica utilizando una combinación.