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BIONANOPOLYS – Creación de una Plataforma de Innovación Abierta para el desarrollo de nanomateriales y nanocomposites avanzados y multifuncionales basados en polímeros de origen natural para la búsqueda de nuevas aplicaciones

portada bionanopolys
I + D / Diversos Grupos de Investigación

 

Fecha: 2021 – 2024

 

DESCRIPCION DEL PROYECTO


En el proyecto BIONANOPOLYS participan 27 socios provenientes de 12 países europeos. Entre los que se encuentran: 10 centros de investigación, 10 pymes, 3 grandes empresas, 2 universidades y 2 asociaciones sin ánimo de lucro.

La protección de los ecosistemas, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y el ahorro de recursos no renovables son puntos clave para un futuro más sostenible. La potencial alternativa a los materiales y productos petroquímicos son los materiales de origen natural. Los biomateriales están siendo ampliamente empleados en algunos campos concretos como la medicina. Sin embargo, aún existe un ardua tarea para posicionarlos a un nivel competitivo frente sus homólogos de origen fósil, con relación a la productividad para un consumo masivo y a los costes de explotación de estos. Estos factores son actualmente una barrera para las estrategias de entrada en el mercado de los biomateriales.

La idea del banco de pruebas de Bionanopolys y sus beneficios

Bionanopolys abre una plataforma para impulsar la innovación abierta (“OITB”) con el fin de proporcionar nanomateriales biobasados con propiedades específicas a los diferentes usuarios de dicha plataforma.  Para acelerar la introducción de estos materiales en el mercado, como objetivo central del proyecto, se creará un punto de entrada único (SEP) para que las partes dispuestas a contribuir o hacer uso de los servicios de OITB.

Un banco de pruebas de innovación abierta (OITB) o ecosistema de innovación abierta es un conjunto de entidades que proporcionan acceso común a instalaciones físicas, capacidades y una amplia gama de servicios en un campo específico de competencia. El objetivo es ayudar a las pequeñas y medianas empresas (PYMEs), grandes empresas y otras partes interesadas poniéndoles al alcance nuevos materiales, productos, procesos y servicios innovadores.

En sintonía con lo anteriormente explicado, la OITB de Bionanopolys servirá para el desarrollo de materiales de base biológica y escala nanométrica y bionanocomposites poliméricos y la búsqueda y desarrollo de nuevas aplicaciones multifuncionales y avanzadas. Además, pretende mejorar las tecnologías y los procesos, con el propósito de aumentar la aceptación de nuevas tecnologías en el mercado, garantizar la estacionalidad de las materias primas, ofrecer competencia de precios y posicionamiento en el mercado, reducir las restricciones regulatorias y aliviar las barreras de seguridad, económicas y técnicas.

La transformación de materiales de base biológica a nanoescala ofrecerá nuevas propiedades funcionales para aplicaciones de alto volumen como envases, cosméticos, médicos, espumas, no tejidos, revestimientos, impresión 3D, textiles y papel de celulosa.

 

Beneficios esperados

El objetivo del entorno de innovación abierta de Bionanopolys es construir un ecosistema de referencia europeo para la ampliación de materiales de base biológica y bionanocompuestos poliméricos. El Ecosistema ofrecerá una solución holística, incluyendo su infraestructura, sus capacidades y además todos los servicios asociados serán accesibles, transparentes e interoperables, lográndolo a través de un punto de contacto de acceso único, llamado Single Entry Point (SEP). A través de la SEP, Bionanopolys OITB creará un entorno abierto integrado para ofrecer a los usuarios finales apoyo técnico, legal, regulatorio, seguro, económico y financiero. Por lo tanto, se reducen los riesgos y las barreras para la explotación comercial y se acelera el proceso de aceptación y de innovación del mercado.

Además, las PYME, las grandes industrias y los clientes potenciales se beneficiarán de Bionanopolys OITB a costos y condiciones razonables. Cualquier cliente de la OITB, europeo o global, podrá acceder a ella a través de la SEP en cualquier punto de una etapa de desarrollo concreta, intentando atender sus necesidades con el know-how de BIONANOPOLYS. Además, el banco de pruebas de innovación abierta de Bionanopolys construirá la red entre los proveedores de tecnología, los proveedores de servicios y la industria impulsando la innovación abierta colaborativa.

Plantas piloto

La comunidad de Bionanopolys hace uso de materias primas renovables de origen sostenible en Europa para fabricar bionanocomposites innovadores y producir nanoproductos de base biológica para diferentes sectores industriales. Los pilares clave donde se asienta la comunidad son las 14 plantas piloto. Cinco de ellas se centraron en el desarrollo de bionanomateriales a partir de biomasa, tres plantas piloto dedicadas a bionanocomposites y seis plantas piloto de fabricación de nanoproductos de base biológica para alcanzar una amplia gama de aplicaciones en diferentes sectores.

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.

OBJETIVOS


El principal objetivo de BIONANOPOLYS es crear una red de servicios basados en plantas piloto complementarias cuyo fin es acelerar la introducción de los biomateriales de alto valor añadido en el mercado. Se pretende poner estos servicios al alcance de las empresas y de los usuarios a través de un punto único de entrada para todos los actores clave.

Con todo ello, el proyecto BIONANOPOLYS generará una plataforma con acceso abierto tanto a tecnologías como experiencia científica, siendo complementada con un catálogo de servicios para el desarrollo e integración de nuevos materiales biobasados y a la nanotecnología.

Dentro del proyecto, además, se han establecido una serie de objetivos secundarios:

  1. Poner a punto un total de 14 plantas piloto, las cuales conforman la Plataforma de Innovación Abierta (Open Innovation Test Bed). Estas están integradas en tres grupos:
    • 5 plantas estarán centradas en el desarrollo de nanomateriales a partir de biomasa. Entre los productos obtenidos se encuentran: nanofibras y nanocristales de celulosa y/o lignina, nanopartículas metálicas, copolímeros y nanocapsulas de principios activos.
    • 3 plantas se centrarán en el desarrollo de biocomposites a partir de la dispersión de los nanomateriales en l matrices poliméricas de origen natural.
    • 6 plantas serán destinadas a la fabricación de productos finales bio-basados a partir de los biocomposites desarrollados en las plantas anteriores.

Con esto se pretende cubrir un amplio rango de aplicaciones en diferentes sectores. Para ello, todas las plantas piloto participarán en más de veinte casos de estudio con actores industriales clave del sector envase, cosmético, textil, papel, fabricación de piezas estructurales o la agricultura.

  1. Implementar una oficina tecnológica transversal para apoyar a las plantas piloto y a los usuarios finales reduciendo el riesgo técnico, el tiempo y las barreras para la entrada en el mercado de los productos desarrollados.
  2. Facilitar la explotación comercial de las actividades realizadas por los clientes y usuarios de BIONANOPOLYS, mediante el desarrollo de estrategias transferibles a los usuarios de la Plataforma (cuestiones jurídicas, derechos de propiedad intelectual, etc.), aplicando las normas de seguridad que establezca el sector, producto y mercado, desarrollando estrategias de acceso a financiación, mejora de habilidades, etc.
  3. Poner en marcha una Plataforma accesible y económicamente sostenible durante y después del proyecto, donde se actualicen los modelos de propiedad intelectual. A través de un Punto de entrada Único, se ofrecerá a los usuarios información completa y transparente sobre las instalaciones, las capacidades y los servicios de la Plataforma. Además, se definirá un modelo de negocio para explotar BIONANOPOLYS, divulgando sus fines y objetivos mediante convocatoria abierta y plataforma digital para la participación de las partes interesadas.

 

RESULTADOS ESPERADOS


Los principales resultados previstos en BIONANOPOLYS son:

  • Creación de 14 plantas piloto disponibles para el desarrollo de nuevos materiales y nanomateriales de origen natural.
  • Realización de al menos 20 casos de estudio donde se desarrollen: polímeros reforzados para envases, cosméticos e ingredientes funcionales, textiles y nonwovens, envases flexibles para alimentos, aplicaciones de papel para envases, productos de envases espumados y piezas estructurales ligeras, envases rígidos y fibras sintéticas de uso agrícola.
  • Uso responsable y seguro de los bionanomateriales a lo largo de toda la cadena de valor.
  • Evaluación del ciclo de vida (LCA) y análisis de ecoeficiencia de los productos fabricados, que garantice su reciclaje, compostaje o biodegradabilidad al final de su vida útil.
  • Establecimiento de protocolos de seguridad para el uso de estos materiales en envases en contacto con alimentos y cosméticos.
  • Ofrecer un servicio de apoyo a pymes desde el punto de vista de la financiación, a través de dos socios inversores (business angels) directamente implicados en BIONANOPOLYS, esperando una participación de 100 empresas y 150 proyectos respaldados.

 

COLABORADORES



Sitio web del proyecto
: http://www.bionanopolys.eu/

Este proyecto ha recibido financiación del programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Nº953206. El contenido de este documento es responsabilidad exclusiva de AITEX y en ningún caso puede considerarse que refleja la posición de la Comisión Europea o las estructuras de gestión del Programa, no siendo estos responsables del uso que pueda hacerse de la información que se proporciona.

Información adicional

 

  • Programa: H2020-NMBP-TO-IND-2018-2020

  • Expediente: 953206

  • Presupuesto: 13.3 M€

  • Año: 2021-2024

  • Estado: En ejecución

  • Entidad: Unión Europea
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