VALORIZACIÓN DE RESIDUOS VITIVINÍCOLAS MEDIANTE LA PRODUCCIÓN DE NANOCRISTALES DE CELULOSA POR TRATAMIENTO QUÍMICO CON HIDRÓLISIS ÁCIDA: SIMULACIÓN Y ANÁLISIS EXERGOECONÓMICO

Abstract

La vitivinicultura es uno de los sectores más importantes de la economía española. Dedicada al cultivo de la vid como materia prima para la elaboración de vino, la industria vitivinícola genera anualmente una serie de residuos lignocelulósicos muy abundantes que han sido infrautilizados hasta el momento, los sarmientos. En un contexto en el que la creciente población mundial y el aumento del consumo están ejerciendo una presión sin precedentes sobre los recursos naturales y la gestión de residuos, la Economía Circular emerge como una solución viable para abordar estos desafíos. Al fomentar la reutilización y la valorización de residuos, como los sarmientos de vid, la Economía Circular ofrece alternativas sostenibles a técnicas tradicionales como la incineración. Esto no solo reduce el impacto ambiental negativo asociado a la quema de residuos, sino que también permite la creación de nuevos productos de valor agregado, contribuyendo a un ciclo de producción y consumo más sostenible y eficiente. Los nanocristales de celulosa (NCC) son un nanomaterial biológico revolucionario con amplias aplicaciones en diversas industrias, tales como la papelera, la polimérica, la alimentaria, la farmacéutica y la química, gracias a sus excelentes propiedades físicas y químicas. La posibilidad de sintetizarlos a partir de residuos lignocelulósicos subraya su papel crucial en la Economía Circular, proporcionando una alternativa sostenible y eficiente al uso de recursos naturales limitados, como la madera. Bajo este enfoque, en el presente trabajo se propone estudiar un proceso de valorización de sarmientos de vid ¿procedentes de los viñedos de la Comunidad de Madrid¿ mediante la producción de nanocristales de celulosa por tratamiento químico con hidrólisis ácida mineral, el método más desarrollado a nivel industrial. Con la aplicación del proceso de reciclado diseñado en esta propuesta, se alcanzarán los siguientes logros medioambientales: (1) aumentar la tasa de reciclaje de un residuo agrícola muy abundante en España (y, por tanto, reducir o incluso evitar un flujo de residuos) y (2) convertir un residuo en productos de alto valor añadido con aplicaciones en nanotecnología (NCC). Para realizar el modelado del proceso se lleva a cabo una simulación con Aspen Plus V12.1, que permite obtener los balances de materia y energía necesarios para estimar la cantidad de celulosa extraíble de la materia prima seleccionada ¿por pretratamiento en dos etapas, una de deslignificación con NaOH y otra de blanqueamiento con NaClO¿ y, posteriormente, determinar la cantidad de nanocristales de celulosa que podrían sintetizarse a partir de ella. Los resultados de la simulación permiten también realizar un estudio exergoeconómico del tratamiento químico por hidrólisis ácida, que revela que equipos como las separadoras centrífugas y el enfriador presentan desafíos termoeconómicos significativos debido a pérdidas exergéticas y económicas derivadas de las corrientes residuales que generan. En contraste, equipos como los mezcladores y el reactor de hidrólisis ácida muestran altos rendimientos exergéticos con costes moderados, por lo que no requieren de una optimización termoeconómica. Por último, este estudio abre la puerta a propuestas para investigaciones futuras destinadas a optimizar aún más la termoeconomía del proceso, en el que ya se obtienen NCC con un coste termoeconómico competitivo.