Investigación y potencialidades de la nanocelulosa en Argentina

Entrevistamos a la Dra. María Cristina Area, Directora del Programa de Celulosa y Papel (PROCYP); Directora del Instituto de Materiales de Misiones (IMAM) UNaM-CONICET; Profesora de la Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales de la UNaM.

1. ¿Podría comenzar esta entrevista dando una definición de lo que se conoce como nanofibras?
Varias normas han definido a las nanofibras de celulosa. Una clasificación general incluye estructuras en forma de varillas altamente cristalinas llamadas nanocristales de celulosa (CNC) y productos altamente fibrilados que contienen regiones tanto cristalinas como amorfas, denominadas celulosa nanofibrilada (CNF) y celulosa microfibrilada (CMF). Sin embargo, ISO / TS 20477: 2017 menciona que los términos celulosa nanofibrilar (NFC), celulosa microfibrilada (MFC), celulosa microfibrilar (CMF), microfibrilla de celulosa (MFC) y nanofibra de celulosa (NFC) se han utilizado indistintamente hasta ahora. En particular, se ha definido a la CNF como un nanoobjeto con dos dimensiones en la nanoescala (1 a 100 nm) y la tercera dimensión significativamente mayor (ISO / TC 229 2015).

Los CNC se obtienen por hidrólisis fuertemente ácida, la CNF mediante procesos enzimáticos o químicos oxidativo con posterior acción mecánica y la MFC por medios puramente mecánicos. Mientras que la estructura de los CNC es muy homogénea, la CNF puede ser heterogénea y la MFC presenta una amplia dispersión de dimensiones de las fibrillas, en particular el ancho (de nanómetros hasta micrómetros).

2. ¿Cuáles son los campos de investigación en los cuales la UNaM se encuentra trabajando en relación con las nanofibras?
El Programa de Celulosa y Papel pertenece al Instituto de Materiales de Misiones (IMAM), de doble dependencia entre la Universidad Nacional de Misiones (IMAM) y el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Actualmente estamos desarrollando los siguientes temas relacionados con la nanocelulosa, mediante becas financiadas por CONICET y proyectos financiados por el CONICET y el MINCYT:

– Obtención de nanocelulosa a partir de diferentes materias primas.

– Papeles y cartones reforzados con nanocelulosa agregada en masa o como recubrimiento.

– Obtención de nanocelulosa hidrofóbica para la producción de aditivos de la industria celulósico-papelera.

– Micro/nano lignocelulosa para recubrimientos biobasados de papeles laminados para contenedores biodegradables de un solo uso para líquidos.

– Materiales compuestos a partir de plásticos reforzados con nanocelulosa para impresiones 3D.

– Materiales compuestos de celulosa regenerada con nanofibras de celulosa aplicables a filmes, membranas, esferas de celulosa regenerada, con usos en filtración de gases y líquidos, y usos cromatográficos.

– Bioadhesivos fenólicos reforzados para madera, libres de formaldehído, para su aplicación en tableros compensados y vigas laminadas encoladas estructurales, formulados a partir de hidroximetilfurfural (HMF), fenol y nanocelulosa.

3. ¿Puede comentar algunas experiencias de campo en nuestro país?
En 2018, la Asociación Argentina de Fabricantes de Celulosa y Papel (AFCP) y el Programa de Celulosa y Papel (PROCYP) del IMAM firmaron un convenio específico de colaboración para la ejecución del proyecto: «Aplicación de nanocelulosa en la fabricación de papeles industriales», con el objetivo de mejorar las propiedades del papel mediante la implementación de nuevos procesos tecnológicos que conduzcan a la aplicación de CNF y CMF en pulpas papeleras. Las fábricas participantes fueron: Grupo Arcor (Planta Zucamor – Ranelagh, Buenos Aires); Ledesma SAAI (Planta Jujuy); Smurfit Kappa de Argentina S.A. (Planta Bernal, Buenos Aires); Smurfit Kappa de Argentina S.A. (Planta Coronel Suarez, Buenos Aires); Papel Prensa S.A.I.C.F. y de M. (Planta San Pedro, Buenos Aires). Las metodologías y procesos se desarrollaron a escala de laboratorio en el PROCYP y se añadieron diferentes tipos de CNF o CMF, monitoreando las propiedades de mayor relevancia, de acuerdo con el tipo de papel definido por la empresa. Con este conocimiento desarrollado a escala de laboratorio, se espera poder implementar experiencias a nivel industrial. Las actividades incluyeron la producción de CNF y CMF obtenidas a partir de diferentes materias primas (incluyendo las mismas pulpas de fábrica a las que fueron aplicadas), su caracterización y la implementación de metodologías y procesos para su aplicación a nivel de laboratorio.

Los resultados obtenidos fueron auspiciosos, indicando que la aplicación de ambas partículas (CNF o CMF) produce la modificación de algunas propiedades físicas y mecánicas del papel y cartón. Con esta mejora se podría reemplazar parcial o totalmente el refino de pulpas, disminuir el gramaje e incrementar los ciclos de reciclaje.

En 2020-2021 se continuó con algunos estudios para Papel Prensa sobre el tema.

4. ¿Cómo imagina la introducción de esta tecnología en Argentina?
La nanocelulosa en todas sus formas tiene un enorme potencial. Con respecto a su aplicación en la industria papelera, es necesario superar algunas barreras. Parte del problema de la implementación industrial radica en que la nanocelulosa se obtiene como un gel de muy baja consistencia, y no puede secarse porque pierde totalmente sus propiedades. Esto hace que el costo de transporte haga imposible su utilización.

La mejor alternativa es la producción in situ, es decir, que las fábricas de pulpa celulósica produzcan la nanocelulosa que van a utilizar. En este caso, puede usarse la misma pulpa que producen como materia prima y debieran adquirir algún equipo o modificar alguno existente en desuso. Desde el PROCYP podemos transferir el conocimiento requerido para su producción.

Como alternativa, en el PROCYP nos encontramos investigando su espesamiento por medio de procesos de floculación/coagulación utilizando reactivos típicos de la industria papelera. Mediante la aplicación de estas operaciones, las fibrillas forman aglomerados liberando el agua libre, sin afectar sus propiedades.

Una vez superado exitosamente el tema del espesamiento, el abastecimiento requeriría, por lo menos, una instalación para la producción a nivel piloto. Al respecto, hemos presentado un proyecto buscando financiamiento para poder concretarlo.

5. ¿Con qué organismos internacionales se encuentra conectada la UNaM y cuáles son sus objetivos?
El PROCYP participa y coordina la Red Iberoamericana CYTED NANOCELIA (Red de transferencia de tecnología en aplicaciones de nanocelulosa en Iberoamérica). El principal objetivo de la Red es la implementación de los nuevos procesos tecnológicos que optimicen los procesos de producción y aplicación de celulosa nanofibrilar a escala laboratorio, piloto y demostrativa, desde una perspectiva integradora de la cadena de valor para vislumbrar el escalado industrial y la producción de cada producto específico. La transferencia tecnológica se orientará hacia los sectores de fabricación de papel, cartón y embalaje.

La Red CYTED NANOCELIA está conformada por instituciones académicas y empresas de diez países iberoamericanos y es coordinada por el Programa de Celulosa y Papel del Instituto de Materiales de Misiones (UNaM-CONICET). Las instituciones que integran esta Red son el Instituto de Materiales de Misiones (IMAM, Argentina), el Instituto de Tecnología Celulósica (ITC, FIQ – UNL, Argentina), Pontificia Universidad Católica del Ecuador (PUCE), la Universidad de Girona (UdG, España), la Universidad de Córdoba (UCO, España), la Universidad Complutense de Madrid (UCM, España), el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA, España), Universidad de Guadalajara (UdeG, Tonalá, México), Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM, Perú), Universidad de Coimbra (UC, Portugal), la Universidad Federal de Paraná (UFPR, Brasil), la Universidad Nacional de Costa Rica (UNA, Costa Rica), la Universidad de Concepción (UdeC, Chile) y la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB, Colombia). Entre las empresas se encuentran la Asociación de Fabricantes de Celulosa y Papel (AFCP, Argentina), Klabin (Brasil), Forestal y Papelera Concepción (Chile), Novelteac y Florida Products (Costa Rica), LC Paper 1881 S.A. (España), TECNALIA (España) y el Instituto de Investigação da Floresta e Papel (RAIZ, Portugal).

Asimismo, mediante el proyecto internacional «ValBio-3D: Valorización de residuos de biomasa para materiales avanzados 3D» (2017-2020), se buscó desarrollar tecnologías eficientes para la producción de biomateriales, integrando bioplásticos y nanocelulosa a partir de residuos de ingenios y aserraderos. El objetivo fue obtener materiales sustentables compatibles con el concepto de bioeconomía. Participaron del proyecto: el PROCYP del Instituto de Materiales de Misiones (UNaM-CONICET) por Argentina (Coordinadora); el RISE PFI de Noruega; la Pontifical Catholic University of Peru de Perú; la Universidad de La Frontera de Chile; VTT Technical Research Centre of Finland de Finlandia; Fraunhofer Institute for Wood Research, WKI de Alemania. En el marco de este proyecto se desarrollaron, mediante impresión 3D de nanocelulosa: apósitos para uso farmacéutico, sensores de humedad, materiales compuestos, entre otros.

Contacto de la Dra. María Cristina Area: cristinaarea@gmail.com