Aprovechamiento de la paja de arroz como recurso para Biomateriales a partir de Celulosa y Lignina

El arroz es uno de los alimentos más importantes a nivel mundial, con una gran producción en España, especialmente en la Comunidad Valenciana, Murcia, Andalucía y Cataluña. La paja de arroz, un subproducto significativo, genera entre 650 y 975 millones de toneladas anuales a nivel global y entre 75.000 y 90.000 toneladas solo en la Comunidad Valenciana. El principal método de eliminación de este residuo lignocelulósico es la incineración, y, además, debido a su difícil almacenamiento, tiende a autoincinerarse por su alto contenido en humedad, silicio y exposición al sol. En este sentido, la gestión de grandes cantidades de residuos de paja de arroz supone un coste significativo para los agricultores, quienes recurren a métodos como la quema, emitiendo a la atmósfera gases nocivos y con un alto impacto ambiental. Por otro lado, el uso en alimentación animal es limitado debido a su alto contenido en sílice; su incorporación al suelo se encuentra también muy limitada, por su alto contenido en materia orgánica que provoca la eutrofización del agua y problemas sanitarios, así como la recogida para usos alternativos.

El proyecto BioTECH-RICE pretende aprovechar la paja de arroz mediante un enfoque de economía circular, alineado con la transformación ecológica y digital. Su objetivo es convertir este residuo vegetal en un recurso renovable, reduciendo emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de agua. Para ello, el proceso desarrollado en INESCOP incluye un tratamiento hidrotérmico para extraer la lignina de la paja de arroz, seguido de una extracción y purificación de fibras de celulosa y nanocelulosa, materiales con gran potencial industrial tal y como se ha comprobado experimentalmente.

En este sentido, la lignina y celulosa se utilizan como precursores sustituyentes de los fósiles actualmente utilizados en la fabricación de materiales para calzado, como el desarrollo de adhesivos, ofreciendo beneficios ambientales y de salud en la producción de calzado. Por otro lado, las fibras de celulosa también se emplean como material de refuerzo, sustituyendo parcialmente polímeros tradicionales en las suelas de calzado, contribuyendo a una menor huella ecológica.

El arroz es un alimento esencial a nivel mundial, con gran producción en España, especialmente en la Comunidad Valenciana, Murcia, Andalucía y Cataluña. La paja de arroz, subproducto de esta producción, genera entre 650 y 975 millones de toneladas anuales globalmente, y entre 75,000 y 90,000 toneladas en la Comunidad Valenciana. Su principal destino es la incineración, lo que supone un alto impacto ambiental debido a su contenido en humedad y sílice, que aumenta el riesgo de autocombustión.

La quema de paja es costosa para los agricultores y emite gases nocivos. Además, su uso en alimentación animal y suelos es limitado por su alto contenido en sílice y materia orgánica, lo que causa eutrofización y problemas sanitarios. El proyecto BioTECH-RICE, liderado por INESCOP y enfocado en la economía circular, transforma este subproducto en una materia prima de valor añadido para otros sectores.

La extracción de celulosa y lignina a partir de la paja de arroz se ha realizado mediante tratamientos físico-químicos, como la explosión de vapor y la oxidación. La lignina obtenida se transforma en polioles, que son esenciales en la síntesis de adhesivos como los poliuretanos. Por su parte, la celulosa se convierte en nanocelulosa, un biomaterial altamente versátil con aplicaciones industriales diversas. Tanto los biopolímeros de lignina como la celulosa sirven para reemplazar polímeros de origen fósil en la fabricación de componentes de calzado, reduciendo así el impacto ambiental.

El proceso desarrollado en INESCOP incluye un tratamiento hidrotérmico para extraer la lignina de la paja de arroz, seguido de la extracción y purificación de fibra de celulosa y nanocelulosa. Estos materiales ofrecen un gran potencial industrial. Posteriormente, la celulosa se incorpora en la producción de suelas para calzado, mientras que el poliol de lignina se utiliza para la fabricación de adhesivos

1. Extracción de celulosa y lignina a partir de la paja de arroz. Rendimientos del 70% y 80%, respectivamente.

2. Recuperación del 80% de lignina tras su purificación. La sustitución parcial de polioles fósiles en adhesivos de PU por polioles basados en lignina ha demostrado ser viable hasta un 75%, permitiendo el desarrollo de una nueva generación de adhesivos de poliuretano con prestaciones equivalentes a los adhesivos convencionales, lo que representa una alternativa sostenible con un alto potencial industrial.

3. Sustitución parcial de los polímeros tradicionales utilizados en suelas de calzado por fibras de celulosa como materiales de refuerzo, contribuyendo a una menor huella de carbono.