Aplicación del análisis de ciclo de vida a tecnologias emergentes de valorización de residuos orgánicos: el caso de la Fermentación en Estado Sólido (FES)

Abstract

Investigaciones previas dentro del grupo GICOM han dado como resultado procesos aparentemente más sostenibles para la obtención de enzimas proteasas y enzimas celulasas mediante la Fermentación en Estado Sólido (FES), a partir de residuos sólidos orgánicos. En la presente tesis se pretende demostrar de manera objetiva si estas alternativas de producción de las enzimas son realmente más sostenibles en términos medioambientales. Para ello, se evalúa el impacto ambiental de diferentes casos de estudio de procesos de producción optimizados, mediante la herramienta de Análisis de Ciclo de Vida (ACV). Se han desarrollado cuatro casos de estudios basados en la producción de dos tipos de enzima (proteasas y celulasas) a partir de dos residuos sólidos orgánicos (residuo de pelo y residuo de café respectivamente). Los dos primeros casos de estudio tienen como fundamento la obtención de proteasas mediante el residuo de pelo procedente de la industria del cuero, pudiendo ser utilizadas dentro del mismo proceso para reemplazar los productos químicos necesarios en el depilado de las pieles. Así pues, en el primer caso de estudio se plantea la comparación del impacto ambiental mediante ACV del depilado de pieles tradicional o químico frente al depilado alternativo o enzimático, mientras que en el segundo caso de estudio se propone la comparación de las alternativas de tratamiento del residuo de pelo, compostaje y FES. El tercer y cuarto casos de estudio se basan en la obtención de las enzimas celulasas mediante el residuo de café. En el tercer caso se valora el impacto ambiental de la producción completa mediante FES, incluyendo todas las etapas necesarias para obtener la enzima sólida y seca (fermentación y etapas posteriores). En el último caso se compara esta producción frente a la utilizada hasta el momento para obtener celulasas realizada mediante la fermentación sumergida (FS) a partir de un sustrato puro. El uso de datos experimentales en los diferentes casos de estudio para llevar a cabo la valoración ambiental, dan como resultado un análisis consistente y fiable. Los resultados obtenidos en cada caso demuestran que la producción de enzimas mediante FES es una alternativa de obtención sostenible, en términos medioambientales capaz de minimizar recursos y disminuir residuos. Además, se hace evidente la influencia que tiene el proceso de extracción y purificación de las enzimas en el impacto ambiental, haciendo que sea necesario un estudio y una valoración de las etapas precisas en cada caso. Por otro lado, se verifica la escasez de estudios similares en términos de ACV dificultando la comparación y discusión de los resultados obtenidos a lo largo de este trabajo.

Previous research within the GICOM group has resulted in apparently more sustainable processes for obtaining protease enzymes and cellulases enzymes through Solid State Fermentation (SSF), from organic solid waste. This thesis is intended to demonstrate objectively whether these alternatives for the production of enzymes are really more sustainable in environmental terms. For this, the environmental impact of different cases of study of optimized production processes is evaluated, using the Life Cycle Assessment (LCA) tool. Four case studies have been developed based on the production of two types of enzyme (proteases and cellulases) from two organic solid residues (hair residue and coffee residue respectively). The first two case studies are based on obtaining proteases through the hair residue from the leather industry, and can be used within the same process to replace the necessary chemicals in the depilation of the skins. Thus, in the first study case the comparison of the environmental impact by LCA of the traditional or chemical skin depilation versus the alternative or enzymatic hair removal is proposed, while in the second case study the comparison of the treatment alternatives of the hair residue, composting and SSF. The third and fourth case studies are based on obtaining cellulases enzymes through coffee residue. In the third case, the environmental impact of the complete production is evaluated by means of SSF, including all the stages necessary to obtain the solid and dry enzyme (fermentation and later stages). In the latter case, this production is compared with that used so far to obtain cellulases made by submerged fermentation (SmF) from a pure substrate. The use of experimental data in the different case studies to carry out the environmental assessment results in a consistent and reliable analysis. The results obtained in each case show that the production of enzymes by means of SSF is an alternative of sustainable obtaining, in environmental terms capable of minimizing resources and reducing waste. In addition, the influence of the process of extraction and purification of enzymes on the environmental impact is evident, making it necessary to study and assess the precise stages in each case. On the other hand, the scarcity of similar studies is verified in terms of LCA making it difficult to compare and discuss the results obtained throughout this work.