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EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL DE
PROCESOS DE EXTRACCIÓN DE
NANOPARTÍCULAS DE QUITINA DE
FUENTES CONVENCIONALES (MARINAS) Y
NO CONVENCIONALES
Es udian e: Vallejo de Beni o, Claudia
Di ec o : Lizundia Fe nández, E lan z
Cu so: 2022/2023 Fecha: Bilbao, 15 de mayo de 2023
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Resumen
Las des acables p opiedades mecánicas de las nanopa ículas de qui ina es án
omen ando su aplicación p og esi a en di e sos ámbi os cien í icos y
ecnológicos. Recien emen e, se han encon ado al e na i as a la ex acción
con encional de es e ma e ial, que has a aho a solo e a posible median e el
empleo de a amien os al amen e pe judiciales pa a el medioambien e, como es
la hid ólisis ácida de los capa azones de c us áceos y gambas. Ac ualmen e, se
conoce que la ex acción de las nanopa ículas de qui ina de los hongos es una
g an al e na i a, que pe mi e ob ene las mismas en ajas que p opo cionaba el
mé odo adicional, pe o e i ando en es e caso la desmine alización con ácidos
como el clo híd ico (HCl). No obs an e, és e se a a del p ime abajo exis en e
que cuan i ica los impac os ambien ales de las di e en es a ian es pa a la
ex acción de nanopa ículas de qui ina. Tiene como in compa a los p ocesos
con encionales de ex acción hid olí ica de nanoc is ales de qui ina a pa i de
capa azones de gamba, pol o de qui ina y capa azones de cang ejo, y la
hid ólisis po ácido sul ú ico de celulosa mic oc is alina a nanoc is ales de
celulosa. En con aposición, p oponemos un nue o mé odo de ex acción a pa i
de los hongos con impac os ambien ales educidos. Pa a ello empleamos la
me odología análisis de ciclo de ida (ACV), que nos pe mi e cuan i ica los
impac os ambien ales de i ados de di e sos p ocesos indus iales. Es a
me odología de c ecien e ele ancia en el mundo indus ial debido a las
egulaciones es ablecidas po la Comisión Eu opea, pe mi e el eco-diseño de
p ocesos indus iales pa a pode educi , poco a poco, los impac os nega i os
esul an es de p ocesos p oduc i os, y colabo a así con los Obje i os de
Desa ollo Sos enible (ODS), en conc e o con los núme os 11, 12 y 13, que
co esponden a ciudades y comunidades sos enibles, p oducción y consumo
esponsables y, acción po el clima, espec i amen e. De es a mane a, aquí
cuan i icamos a de mane a pione a los bene icios ambien ales del nue o p oceso
de ex acción, lo cual ayuda á a su implemen ación u u a. Asimismo, se pone
de mani ies o que siguiendo un en oque de Economía Ci cula se pueden
alo iza di e sos esiduos de biomasa pa a ein oduci los en el ciclo económico
y, al mismo iempo, e i a el e ido de bio esiduos as el aislamien o de
nanopa ículas de qui ina.
Labu pena
Ki ina nanopa ikulen p opie a e mekaniko naba menek aplikazio p og esiboa
sus a zen a i di a hainba a lo zien i iko e a eknologiko an. Duela gu xi, ma e ial
hau lo zeko ohiko e auzke a ako al e na ibak au ki u di a, o ain a e
ingu umena en zako oso kal ega iak di en a amenduen bidez soilik posible
zenak, hala nola k us azeoen e a o a ainxka-oskola en hid olisi azidoa. Gau
egun, jakina da onddoe a ik ki ina nanopa ikulen e auzke a al e na iba bikaina
3
dela, e a ho ek me odo adizionala en aban aila be dinak lo zeko auke a
ema en du azido klo hid ikoa en e abile a saihes uz. Hala e e, o ain a e ez dago
ki ina nanopa ikulen e auzke a ako e a ezbe dinen ingu umen-inpak uak
kuan i ika zen di uen lanik. Be az, p osezu hauen ingu umen aban ailak ez daude
guz iz a gi. Ildo hone an, lan honek nanoki ina onddoe a ik lo zea e agi en di uen
ingu ugi o inpak uak kuan i ika zen di u, e a gaine a, lo u ako emai zak
o a ainxka-oskole a ik, ki ina-hau se ik e a ka ama o-oskole a ik ki ina
nanok is alen e auzke a hid oli ikoko p ozesu konben zionalekin alde a zen di a.
Ho e a ako, bizi-zikloa en analisia (LCA, ingelesez) me odologia e abil zen
dugu, hainba indus ia-p ozesue a ik e a o i ako ingu umen-inpak uak
kuan i ika zeko auke a ema en duena. Eu opako Ba zo deak eza i ako
a audia en ondo ioz indus ia munduan ge o e a ga an zi handiagoa duen
me odologia honek, p ozesu indus ialen ekodiseinua ahalbide zen du,
pixkanaka, ekoizpen p ozesuen ondo iozko inpak u nega iboak mu iz eko, e a
ho ela, Ga apen Jasanga iko Helbu uekin (GJH) lankide zan a i zea, zehazki,
11, 12 e a 13 zenbakiekin, hi i e a komuni a e jasanga iei, ekoizpen e a
kon sumo a du a suei e a, azkenik, klima-ekin za i dagozkienak. Modu hone an,
hemen modu ai zinda i ba ean kuan i ika zen di ugu e auzke a p ozesu be ia en
ingu umen-onu ak, zeinak e o kizunean eza zen lagunduko dion. E a be ean,
oga u a dago Ekonomia Zi kula a i ja ai uz, hainba biomasa-hondakin
balioz a u dai ezkeela ziklo ekonomikoan be i o sa zeko e a, aldi be ean, ki ina
nanopa ikulak isola u ondo en biohondakinak isu zea saihes eko.
Abs ac
The ema kable mechanical p ope ies o chi in nanopa icles a e p omo ing hei
p og essi e applica ion in a ious scien i ic and echnological ields. Recen ly,
al e na i es o he con en ional ex ac ion o his ma e ial ha e been ound, which
un il now was only possible h ough he use o highly en i onmen ally damaging
ea men s, such as acid hyd olysis o c us acean and sh imp shells. Cu en ly, i
is known ha he ex ac ion o chi in nanopa icles om ungi is a g ea
al e na i e, which allows ob aining he same ad an ages as he adi ional
me hod, bu in his case a oiding demine aliza ion wi h acids such as hyd ochlo ic
acid (HCl). Howe e , his is he i s exis ing wo k ha quan i ies he
en i onmen al impac s o he di e en a ian s o he ex ac ion o chi in
nanopa icles. I s pu pose is o compa e he con en ional p ocesses o hyd oly ic
ex ac ion o chi in nanoc ys als om sh imp shells, chi in powde and c ab shells,
and sul u ic acid hyd olysis o mic oc ys alline cellulose o cellulose nanoc ys als.
In con as , we p opose a new me hod o ex ac ion om he ungi wi h educed
en i onmen al impac s. To do his, we use he li e cycle assessmen (LCA)
me hodology, which allows us o quan i y he en i onmen al impac s de i ed om
a ious indus ial p ocesses. This me hodology o inc easing ele ance in he
indus ial wo ld due o he egula ions es ablished by he Eu opean Commission,
4
allows he eco-design o indus ial p ocesses in o de o educe, li le by li le, he
nega i e impac s esul ing om p oduc ion p ocesses, and hus collabo a e wi h
he Sus ainable De elopmen Goals (SDGs), speci ically wi h numbe s 11, 12
and 13, which co espond o sus ainable ci ies and communi ies, esponsible
p oduc ion and consump ion and clima e ac ion, espec i ely. In his way, he e
we quan i y in a pionee ing way he en i onmen al bene i s o he new ex ac ion
p ocess, which will help i s u u e implemen a ion. Likewise, i is shown ha
ollowing a Ci cula Economy app oach, a ious biomass esidues can be
alo ised o ein oduce hem in o he economic cycle and, a he same ime,
a oid he dumping o biowas e a e he isola ion o chi in nanopa icles.
5
Índice de igu as
Figu a 1. Esquema gene al del p oyec o ............................................................ 8
Figu a 2. Desc ipción ACV ............................................................................... 10
Figu a 3. E apas ACV. ...................................................................................... 13
Figu a 4. Tipos de alcance ............................................................................... 14
Figu a 5. Diag ama de lujo del p oceso de ex acción de nanopa ículas de
qui ina a pa i de uen es úngicas ................................................................... 18
Figu a 6. Desglose del p oceso ........................................................................ 19
Figu a 7. Esquema que esume la ex acción de nanoc is ales de qui ina a pa i
de capa azones de cama ones ........................................................................ 21
Figu a 8. Diag ama de lujo del p oceso de ex acción de nanoc is ales de qui ina
a pa i de pol o de qui ina p oceden e de gambas .......................................... 24
Figu a 9. Diag ama de lujo que esume la ex acción de nanoc is ales de qui ina
del cang ejo ...................................................................................................... 27
Figu a 10. Diag ama de lujo que esume el p oceso de ex acción de
nanoc is ales de celulosa ................................................................................. 30
Figu a 11. Dis ibución del GWP en unción de agua, químicos y elec icidad. 34
Figu a 12. Reducción de impac os as el Análisis de Sensibilidad .................. 36
Índice de ablas
Tabla 1. Desc ipción de las ca ego ías de impac o .......................................... 15
Tabla 2. In en a iado del p ime p oceso ......................................................... 19
Tabla 3. Consumo ene gé ico asociado al p ime p oceso .............................. 20
Tabla 4. In en a iado del segundo p oceso. .................................................... 23
Tabla 5. Consumo ene gé ico asociado al segundo p oceso. .......................... 23
Tabla 6. In en a iado del e ce p oceso. ......................................................... 25
Tabla 7. Consumo ene gé ico asociado al e ce p oceso ............................... 26
Tabla 8. In en a iado del cua o p oceso. ........................................................ 28
Tabla 9. Consumo ene gé ico cua o p oceso. ................................................. 29
Tabla 10. In en a iado quin o p oceso. ............................................................ 31
Tabla 11. Consumo ene gé ico del quin o p oceso .......................................... 31
Tabla 12. Dis ibución de impac os .................................................................. 33
Tabla 13. Impac os as el análisis de sensibilidad ........................................... 36
Tabla 14. Diag ama de Gan del p oyec o. ...................................................... 39
Tabla 15.Cos e del p oyec o............................................................................. 40
6
Índice
Resumen ............................................................................................................ 2
Labu pena .......................................................................................................... 2
Abs ac .............................................................................................................. 3
Índice de igu as ................................................................................................. 5
Índice de ablas .................................................................................................. 5
1. In oducción .................................................................................................... 7
2. Con ex o ....................................................................................................... 10
2.1. De inición del Análisis de Ciclo de Vida ................................................. 10
2.2. His o ia del Análisis de Ciclo de Vida ..................................................... 11
2.3. E apas del Análisis de Ciclo de Vida ...................................................... 13
2.4. De e minación de los lími es en el Análisis de Ciclo de Vida ................. 14
2.5. Impac os ................................................................................................ 14
3. Obje i os ...................................................................................................... 17
3.1. Obje i o p ima io .................................................................................... 17
3.2. Obje i os secunda ios ............................................................................ 17
4. Me odología .................................................................................................. 18
4.1. P oceso 1 ............................................................................................... 18
4.2. P oceso 2 ............................................................................................... 21
4.3. P oceso 3 ............................................................................................... 24
4.4. P oceso 4 ............................................................................................... 27
4.5. P oceso 5 ............................................................................................... 30
5. Resul ados y discusión ................................................................................. 32
6. Análisis de sensibilidad ................................................................................ 35
7. Disposición del p oyec o............................................................................... 37
7.1. Desc ipción de las a eas a ealiza ....................................................... 37
7.3. Diag ama de Gan ................................................................................. 39
8. Cos e del p oyec o ....................................................................................... 40
9. Conclusiones ................................................................................................ 41
10. Bibliog a ía ................................................................................................. 44
11. Anexos ....................................................................................................... 48
11.1 P oceso 1 .............................................................................................. 48
11.2. P oceso 2 ............................................................................................. 50
11.3. P oceso 3 ............................................................................................. 53
11.4. P oceso 4 ............................................................................................. 56
11.5. P oceso 5 ............................................................................................. 58
7
1. In oducción
La qui ina es, as la celulosa, el segundo políme o na u al más abundan e que
exis e.1 Fue aislada po p ime a ez en 1811 po B aconno de algunos hongos,
as lo cual lo denominó “ ungina”. Pos e io men e, en 1823, ue Augus e
Odie quien aisló de un esca abajo un esiduo insoluble a soluciones de KOH ,
as lo que le dio el nomb e de qui ina, p oceden e del g iego “chi ón”, única o
cobe u a. Asimismo, Odie sugi ió que la qui ina se ía el ma e ial base
del exoesquele o de los insec os y posiblemen e de los a ácnidos.
Pos e io men e, en 1929, Albe Ho mann, ambién conocido po sus g andes
descub imien os ace ca de la die ilamida de ácido lisé gico (LSD), consiguió po
p ime a ez desc ibi co ec amen e su es uc u a química. 2
Su uso como agen e loculan e pa a el a amien o de agua, pa a cu a he idas,
como espesan e y es abilizado an o de alimen os como de medicamen os, lo
hace un p oduc o de al o in e és.
Po es o, su ex acción es un p oceso impo an e, po lo que se in e esa busca
la mane a menos medioambien almen e ag esi a de lle a lo a cabo. La qui ina
es un ca bohid a o que se encuen a en di e sos se es i os como son las
pa edes celula es de los hongos, el exoesquele o de los a ópodos, den o de
los cuales des acan las gambas y los c us áceos, las que as de los anélidos y
los pe isa cos de los cnida ios.3
Las nano ib illas de qui ina son esponsables de la ex ao dina ia esis encia
mecánica de los exoesquele os de algunos animales y de la i idiscencia de
algunos insec os4. Las nanopa ículas de qui ina, en con aposición a la mayo ía
de los políme os de i ados del pe óleo, son eno ables y biodeg adables. Po
ello, pe mi en implemen a una economía ci cula de ma e iales que consis e en
el desa ollo de ma e iales medioambien almen e sos enibles capaces de se
eno ados, biocompa ibles, no óxicos y biodeg adables.5
Los mé odos adicionales de aislamien o de nanopa ículas de qui ina pa a la
p oducción de nanoc is ales de qui ina (ChNC, po sus siglas en inglés) de al a
pu eza se basan en p ocesos de hid ólisis ácida y oxidación química, y
comúnmen e se ealizan a pa i de endocu ículas de cang ejo desechadas6 y
capa azones de gamba.7 Es os mé odos p opo cionan alo es al os de e iciencia
de ex acción de qui ina , pe o a cos a de p oduci impac os medioambien ales
no ables debido a, en p ime luga , su al o consumo de ene gía pa a calen a las
eacciones químicas, y en segundo, las g andes can idades de p oduc os
químicos que equie en pa a elimina el al o con enido en mine ales de las
conchas.
Es e p oblema ha inspi ado a conside a al e na i as no edosas pa a ex ae
dichas nanopa ículas de qui ina de los desechos de biomasa8, plan eando las
uen es úngicas como al e na i a p incipal en es e escena io. De es a mane a,
se ha plan eado ex ae la qui ina de las pa edes celula es de los hongos, ya
que, a di e encia del es o de mé odos, se a a de una ía de aislamien o que no
8
equie e de desmine alización, siendo, po an o, un p oceso simple que
cons i uye una g an educción de impac o ambien al.9,10
A pesa de conoce los bene icios que es a ía al e na i a p opo ciona, no
exis en abajos p e ios que cuan i iquen los impac os medioambien ales de la
misma. Es po es o que, aunque se in uye una mejo a no o ia, es e p oyec o es
pione o en da esul ados numé icos y esponde a es a cues ión, así como en
guia la ex acción medioambien almen e sos enible de nanopa ículas de
qui ina. Pa a ello, se u iliza la me odología del ACV, median e la cual es posible
cuan i ica los impac os de la ex acción de nanopa ículas de qui ina a pa i de
uen es úngicas, así como de las uen es con encionales, y inalmen e lle a a
cabo una compa a i a de los 18 indicado es de impac o medioambien al pa a
cada uno de los p ocesos, pudiendo consensua el mejo p ocedimien o.
Cabe des aca que la me odología ACV se a a de una es anda ización según
las no mas in e nacionales ISO 14040 e ISO 14044 que pe mi e cuan i ica los
impac os y clasi ica los en a ias ca ego ías de indicado es, den o de los cuales
la a ención se cen a á en el Índice de Calen amien o Global (en inglés, GWP).
Figu a 1. Esquema gene al del p oyec o según Re . 11
Pa a pode compa a los esul ados con o as nanopa ículas de o igen
eno able, ambién se han cuan i icado los impac os de los nanoc is ales de
celulosa, CNC po sus siglas en inglés12. Es os nanoc is ales son p ome edo es
pa a su uso como e ue zo en nanocompues os de al o endimien o debido a su
al a esis encia y igidez, bajo peso y biodeg adabilidad, ya que son ex aídos de
uen es na u ales y son eno ables13, po lo que, además, los nanoc is ales de
celulosa se conside an una al e na i a a los políme os basados en combus ibles
ósiles no deg adables. Es e p oyec o p e ende expandi el aislamien o de es as
nanopa ículas a pa i de bases biológicas en los desa íos sos enibles globales,
así como guia el camino hacia una economía ci cula sos enible.
Se a a de un abajo encuad ado en el ma co de la ingenie ía indus ial, la cual
se a a de una ama mul idisciplina que iene como obje i o la op imización del
9
uso de los ecu sos humanos, écnicos e in o ma i os, así como del manejo y
ges ión óp imos de los sis emas, con el in de ob ene p oduc os y se icios de
al a calidad. Po an o, es esponsabilidad del ingenie o indus ial lle a a cabo
su obje i o a endiendo a la salud del medio ambien e, y aplica las ap i udes
ob enidas a op imiza los p ocesos pe siguiendo la máxima e iciencia,
a endiendo a minimiza la ex acción de ma e ias p imas, educi el consumo
ene gé ico y de sus ancias químicas, y cuidando la ges ión de los esiduos.
16
De en e los cuales, es e es udio se cen a á en el pa áme o de calen amien o
global, compa ando el alo ob enido en e los cinco p ocesos, pudiendo así
llega a la conclusión de cuál es el más a o able. Al conside a únicamen e es e
pa áme o pa a la conclusión del análisis, pod ía deci se que a a de un análisis
de Huella de Ca bono, ACV pa icula izado pa a el calen amien o global.
17
3. Obje i os
3.1. Obje i o p ima io
El obje i o p ima io de es e p oyec o es lle a a cabo el ACV del ipo “de la cuna
a la pue a” de cinco p ocesos de ex acción de nanopa ículas de qui ina, con el
in de analiza al e na i as a los mé odos de ex acción con encional, e i ando
así la u ilización de a amien os al amen e pe judiciales que in oluc an el uso de
ácidos. Se apo an, de mane a pione a, da os numé icos que puedan con e i
el p oceso de ex acción de qui ina median e uen es úngicas en una al e na i a
sólida, así como se cuan i ica lo ealmen e pe judiciales que son los mé odos
adicionales pa a el medio ambien e.
El es udio se ealiza á con 1 kg de mues a, pa a es anda iza los esul ados y
pode lle a a cabo una pos e io compa ación de los esul ados ob enidos.
3.2. Obje i os secunda ios
Como obje i os complemen a ios se encuen an, po un lado, la ealización del
LCI y del uso de ene gía eque ido pa a lle a a cabo el p oceso de eciclaje; y,
po o o lado, el GWP. Es e se á el indicado en el que se base la oma de
decisiones ace ca de la mejo écnica de eciclaje.
18
4. Me odología
4.1. P oceso 1
Ex acción de nanopa ículas de qui ina a pa i de uen es úngicas27
La secuencia de subp ocesos ha sido ex aída de las indicaciones
p opo cionadas po la Re . 27, po lo que no se a a de un ensayo p opio en el
labo a o io. La e aluación de es e p oceso de ex acción de qui ina es el obje o
p incipal de es udio de es e p oyec o, ya que se p e ende p opone como una
al e na i a al amen e sos enible en compa ación con el es o de me odologías
debido a su educido consumo de sus ancias químicas y elec icidad.
Figu a 5. Diag ama de lujo del p oceso de ex acción de nanopa ículas de qui ina a pa i de uen es
úngicas según Re . 27
19
El p ime p oceso a es udia se a a de la ex acción de nanopa ículas de qui ina
a pa i de hongos. Pa a lle a lo a cabo, en p ime luga , se pesó 1 kg de mues a
de Aga icus Bispo us y se man u o congelada pa a e i a pé didas de agua y
deg adación enzimá ica. Pos e io men e, se p ocedió a descongela la en agua
des ilada du an e 5 min, pa a lo que se necesi a on 2 L de agua, y se enjuaga on
pa a elimina las impu ezas. A con inuación, se i u ó la mues a de en una
licuado a de al a elocidad. El pos e io p oceso de a amien o con agua calien e
y cen i ugado, median e el cual comienza la ex acción de qui ina, iene como
in elimina cualquie componen e soluble en agua. A és e le sigue un paso de
desp o einización en solución alcalina y cen i ugado pa a elimina p o eínas,
lípidos y polisacá idos solubles en agua. T as es e, la o a esidual ob enida de
la cen i ugación se esuspendió en agua (0.8 % 𝑤
𝑣) y se ba ió du an e 10 minu os.
La asa de ecupe ación de es e p oceso es del 20.2 %, y la dis ibución de
consumo eléc ico se de alla a con inuación en la Tabla 3.
Figu a 6. Desglose del p oceso según Re . 27
El in en a iado de es e p oceso se de alla a con inuación en la Tabla 2.
Concep o
Can idad
(kg)
Fuen e/p o ide
Aga icus Bispo us
1.00
-
Agua desionizada
129.45 L
ma ke o wa e , deionised | wa e , deionised | Cu o , U -
Eu ope wi hou Swi ze land
Hid óxido de sodio
0.16
ma ke o sodium hyd oxide, wi hou wa e , in 50%
solu ion s a e | sodium hyd oxide, wi hou wa e , in 50%
solu ion s a e | Cu o , U - GLO
Elec icidad
9.20 kWh
ma ke g oup o elec ici y, high ol age | elec ici y, high
ol age | Cu o , U - ENTSO-E
Tabla 2. In en a iado del p ime p oceso; Fuen e: Elabo ación p opia.
20
P oceso
Consumo (kWh)
Congelado
2.80
T i u ado
0.10
Baño en agua calien e
0.40
Cen i ugación
1.30
T a amien o alcalino
3.10
Cen i ugación
1.30
T i u ado
0.20
To al
9.20
Tabla 3. Consumo ene gé ico asociado al p ime p oceso; Fuen e: Elabo ación p opia.
21
4.2. P oceso 2
Ex acción de nanoc is al de qui ina del capa azón de las gambas:28
Cabe des aca nue amen e que las e apas del p oceso siguen las indicaciones
p opo cionadas po la Re . 28, no habiéndolo desa ollado de p ime a mano en el
labo a o io. Es necesa io es udia es e p ocedimien o de ex acción de qui ina ya
que es uno de los p incipales mé odos que se lle an a cabo ac ualmen e, y la
inalidad de es e abajo es la compa ación de los impac os medioambien ales
asociados a los p ocesos pione os en e a los con encionales.
Es a segunda me odología de ex acción de nanopa ículas de qui ina se di ide
a su ez en dos subp ocesos. El p ime o, consis e en el aislamien o de qui ina
en pol o a pa i de capa azones de gambas, mien as que el segundo se a a
de la ex acción de qui ina coloidal a pa i de dicho pol o de qui ina ya pu i icado.
P ime subp oceso: Se comenzó sume giendo 1 kg de cásca as de gambas en
NaOH 0.5 [M] du an e 24 h a empe a u a ambien e con el in de elimina
Figu a 7. Esquema que esume la ex acción de nanoc is ales de qui ina a pa i de capa azones de cama ones según Re . 28
22
p o eínas y lípidos. Pos e io men e, se la ó la mues a en agua desionizada
has a consegui un pH neu o, as lo cual se secó en un ho no a acío a una
empe a u a de 50 °C du an e 48 h. Las cásca as secas se molie on du an e 15
min pa a consegui educi las a pol o. Pos e io men e, se lle ó a cabo el p oceso
de desmine alización median e un a amien o con HCl 0.25 [M] du an e 45 min
a empe a u a ambien e. El ma e ial se il ó en un embudo Büchne y se enjuagó
consegui nue amen e un pH de 7 con agua des ilada. Los pos e io es
a amien os de desp o einización y il ado se epi ie on es eces pa a elimina
la p o eína de la mues a. Dicha desp o einización conlle ó 6 h, y se ealizó a
80 ˚C bajo la p esencia de NaOH 2.5 [M]. Po úl imo, se il ó la mezcla en las
mismas condiciones de los il ados an e io es, y se secó a 40 ˚C en un ho no a
acío. De es a mane a se elimina on los compues os o gánicos solubles y se
ob u o un pol o blanco esponjoso.
Segundo subp oceso: Una ez ob enida la qui ina pu i icada, se hid olizó en
p esencia de HCl 3 [M] du an e 1.5 h a 90 °C. Es e p oceso, jun o con una
cen i ugación pos e io , se epi ió es eces. Después, se esuspendió la
mues a en agua desionizada has a alcanza un pH de 6. T as es o, se p ocedió
a la diálisis, pa a lo que se equi ie on 125 L de agua desionizada. A
con inuación, la suspensión de nanoc is ales de qui ina neu alizada inal se
mezcló en un mezclado a al a elocidad du an e 5 min. La suspensión ina
esul an e se dispe só aún más en agua median e homogeneización a 8000 psi
du an e 10 a 15 ciclos con un homogeneizado APV Gaulin. De es e subp oceso
se ob u ie on, inalmen e, los nanoc is ales de qui ina. El endimien o del
p oceso es del 12.5 %. 28 El in en a iado de lujos eque idos pa a lle a a cabo
dicho p oceso comple o se mues a a con inuación en la Tabla 4.
Concep o
Can idad
(kg)
Fuen e/p o ide
Casca a de gamba
1.00
-
Agua desionizada
340.70
ma ke o wa e , deionised | wa e , deionised |
Cu o , U -Eu ope wi hou Swi ze land
Hid óxido de sodio
12.80
ma ke o sodium hyd oxide, wi hou wa e , in 50%
solu ion s a e | sodium hyd oxide, wi hou wa e ,
in 50% solu ion s a e | Cu o , U - GLO
Ácido clo híd ico
22.47
ma ke o hyd ochlo ic acid, wi hou wa e , in 30%
solu ion s a e | hyd ochlo ic acid, wi hou wa e ,
in 30% solu ion s a e | Cu o , U - RoW
Ace ona
1.00 L
ma ke o ace one, liquid | ace one, liquid |
Cu o , U RER
E anol
1.00 L
ma ke o e hanol, wi hou wa e , in 99.7% solu ion
s a e,
om e men a ion | e hanol, wi hou wa e , in 99.7%
solu ion s a e, om e men a ion | Cu o , U - GLO
23
Elec icidad
218.06 kWh
ma ke g oup o elec ici y, high ol age | elec ici y,
high ol age | Cu o , U - ENTSO-E
Tabla 4. In en a iado del segundo p oceso; Fuen e: Elabo ación p opia.
Asimismo, el consumo eléc ico del p oceso global se de alla a con inuación en
la Tabla 5.
P oceso 2
Consumo (kWh)
La ado
0.0010
Secado
72.00
Molienda
0.28
Desmine alización
0.074
Fil ado
0.0020
Desp o einización
55.56
Fil ado
0.0030
Secado
75.00
Hid ólisis
9.45
Cen i ugación
3.90
T i u ación
0.10
T a amien o mecánico
1.63
To al
218.10
Tabla 5. Consumo ene gé ico asociado al segundo p oceso; Fuen e: Elabo ación p opia.
24
4.3. P oceso 3
Ex acción de nanoc is ales de qui ina a pa i de pol o de qui ina
p oceden e de gambas: 29
El desa ollo de es e p oceso ha sido omado de la Re .29, y el es udio del mismo
es necesa io ya que es o o de los p ocedimien os con encionales en la
ac ualidad, po lo que se necesi a conoce cómo a ec a a los 18 indicado es de
impac o pa a pode elabo a una conclusión ace ca de la alidez de la nue a
me odología p opues a como medioambien almen e sos enible.
Figu a 8. Diag ama de lujo del p oceso de ex acción de nanoc is ales de qui ina a pa i de pol o de qui ina
p oceden e de gambas según Re . 17
Es e p oceso di ie e del es o en que la mues a inicial a a a ya se a a de
pol o de qui ina, po lo que no iene en conside ación los subp ocesos
necesa ios pa a ob ene dicho pol o a pa i de las posibles ma e ias p imas. Se
a a, po an o, de un p oceso no equipa able en cuan o a impac o ambien al con
el es o de me odologías de ex acción de qui ina, aunque su g an impo ancia y
el in e és que susci a en la in es igación lo ha con e ido de igual mane a en
obje o de es udio.
En p ime luga , el pol o de qui ina se a ó con una solución de NaOH (5 % en
peso) a 80 ˚C du an e 3 ho as pa a elimina cualquie p o eína, en p esencia de
NaBH4 (0.3 % en peso) pa a e i a la deg adación de la qui ina inducida po la
base (p opo ción de qui ina a solución 1:20). T as una e apa de emple en la que
la eacción ue calmada, se p ocedió a cen i uga a mues a a 20.000 g du an e
15 min, a una empe a u a de 4 ˚C. Pos e io men e, el sedimen o se esuspendió
en agua desionizada en una p opo ción 1:12.5 qui ina a solución, as lo que se
some ió a blanqueo ácido en una solución de NaClO2 (0.3 % en peso) a 80 ˚C
25
du an e 3 h (p opo ción de qui ina a solución de 1:15). A con inuación, la mezcla
de eacción se diluyó con agua desionizada y se ol ió a cen i uga siguiendo
los pa áme os an e io es. Todas las eacciones se ealiza on con agi ación de
al a cizalladu a, u ilizando un agi ado mecánico. Después de odos los pasos de
pu i icación, se dispe só median e agi ación la mues a has a con e i se en una
disolución de ap oximadamen e el 2 % en peso de qui ina y se dializó con a
agua Milli-Q.
Los siguien es subp ocesos de calen amien o bajo e lujo, emple y cen i ugado
se epi ie on dos eces. El calen amien o bajo e lujo equi ió de 1.14 kg de ácido
clo híd ico, pa a el emple se usa on 60 L de agua desionizada, y la
cen i ugación se lle ó a cabo a 4 ˚C du an e media ho a. Po úl imo, se dializó
la mues a nue amen e con a agua Milli-Q, y se some ió a una sonicación
median e la cual se ecupe a on 760 g de nanoc is ales de qui ina. La asa de
ecupe ación de es e p oceso es, po consiguien e, del 76 %, y el consumo de
elec icidad se de alla en la Tabla 7. Asimismo, se mues a a con inuación en la
Tabla 6 el in en a iado de los lujos p esen es du an e el mismo.
Concep o
Can idad
(kg)
Fuen e/p o ide
Pol o de qui ina
1.00
-
Agua desionizada
2104.45
ma ke o wa e , deionised | wa e , deionised | Cu o , U -
Eu ope wi hou Swi ze land
Hid óxido de sodio
6.00
ma ke o sodium hyd oxide, wi hou wa e , in 50%
solu ion s a e | sodium hyd oxide, wi hou wa e , in 50%
solu ion s a e | Cu o , U - GLO
Ácido clo híd ico
4.37
ma ke o hyd ochlo ic acid, wi hou wa e , in 30% solu ion
s a e | hyd ochlo ic acid, wi hou wa e , in 30% solu ion
s a e | Cu o , U - RoW
Clo i o de sodio
0.040
ma ke o sodium chlo ide, powde | sodium chlo ide,
powde | Cu o , U - GLO
Ácido acé ico
0.040
ma ke o ace ic acid, wi hou wa e , in 98% solu ion s a e
| ace ic acid, wi hou wa e , in 98% solu ion s a e | Cu o ,
U - GLO
Bo ohid u o de sodio
0.18
ma ke o sodium bo a es | sodium bo a es | Cu o , U -
GLO
Elec icidad
158.80 kWh
ma ke g oup o elec ici y, high ol age | elec ici y, high
ol age | Cu o , U - ENTSO-E
Tabla 6. In en a iado del e ce p oceso; Fuen e: Elabo ación p opia.
P oceso
Consumo (kWh)
Remojo
36.00
Cen i ugación
10.30
Resuspensión
1.20
Blanqueamien o
3.60
32
5. Resul ados y discusión
A con inuación, se mues a en la Tabla 12 la dis ibución de impac os
medioambien ales de los cinco p ocesos es udiados, en lo que a las 18
ca ego ías de impac o se e ie e.
Ca ego ía de
impac o
Unidad de
e e encia
ChNFHONGOS
ChNCGAMBA
ChNCGAMBA-
QUITINA
ChNCCANGREJO
CNC
Fo mación de
pa ículas inas
10-3 kg PM2.5
eq
27.93
1522.59
164.94
862.25
282.46
Escasez de
ecu sos ósiles
kg oil eq
4.91
248.72
28.09
150.07
92.05
Eco oxicidad en
agua dulce
10 -1 kg 1,4-
DCB
6.35
402.92
39.53
244.04
390.15
Eu o ización de
agua dulce
10-3 kg P eq
18.61
823.50
103.69
493.57
56.74
Calen amien o
global
kg CO2 eq
18.46
906.77
105.17
543.46
177.95
Toxicidad
cance ígena
humana
10-1 kg 1,4-DCB
12.34
635.42
71.61
420.90
60.45
Toxicidad humana
no cance ígena
kg 1,4-DCB
23.54
1233.00
138.34
744.49
95.90
Radiación
ionizan e
kBq Co-60 eq
9.30
392.21
50.81
238.22
23.81
Uso del suelo
m2a c op eq
0.46
31.61
2.62
13.10
1.49
Eco oxicidad
ma ina
10-2 kg 1,4-DCB
87.00
5415.18
537.79
3294.25
544.51
Eu o ización
ma ina
10-4 kg N eq
15.13
872.96
121.79
476.08
52.89
Escasez de
ecu sos mine ales
10-3 kg Cu eq
24.70
2003.01
172.88
1172.01
186.31
Fo mación de
ozono, Salud
humana
10-3 kg NOx eq
31.97
2644.18
188.67
990.77
391.31
Fo mación de
ozono,
Ecosis emas
e es es
10-3 kg NOx eq
32.30
3232.03
190.69
1005.44
432.74
Ago amien o del
ozono
es a os é ico
10-6 kg CFC11
eq
9.97
651.30
61.61
330.12
27.93
Acidi icación
e es e
10-3 kg SO2 eq
66.54
3604.71
387.65
2053.81
855.00
Eco oxicidad
e es e
kg 1,4-DCB
21.67
2194.07
162.07
1236.48
330.70
33
Tabla 12. Dis ibución de impac os; Fuen e: Elabo ación p opia.
En e de, se mues a el mejo esul ado den o de cada ca ego ía, y en na anja,
po el con a io, el peo . Se ap ecia como el p oceso de ex acción de qui ina a
pa i de uen es úngicas des aca po su bajo pe juicio ya que apo a los mejo es
esul ados en odas las ca ego ías. En conc e o, pa a el caso del GWP, se
cuan i ican únicamen e 18.45 kg de CO2 equi alen e po kilo de nanopa ículas.
En con aposición, es la ex acción a po cásca as de gambas el p oceso que
más daña el medioambien e, ya que o ece los alo es más al os en odas las
ca ego ías de es udio, siendo el GWP 49 eces supe io al caso del p ime
p oceso. Pa a los casos in e medios de ex acción de qui ina, se conoce que el
e ce p oceso, el cual consis ía en a a pol o de qui ina, es al ededo de 6
eces más con aminan e que el de los hongos, a pesa de que, como se ha
comen ado p e iamen e, median e es a me odología se igno aban odos los
a amien os p e ios a la ex acción de dicho pol o, y que po ello no e a
ealmen e semejan e a los demás. En cuan o a la ex acción de nanoc is ales de
celulosa, se conoce as es e análisis que oma un luga in e medio, siendo casi
10 eces más pe judicial que el de uen es úngicas, pe o 5 eces menos que el
ex aído de capa azones de gambas. Po úl imo, el p oceso de ex acción a pa i
de capa azones de cang ejo, el cual compa e es uc u a con el de ex acción a
pa i de gambas, se a a de la segunda me odología más pe judicial, con un
GWP de 543.46 kg de CO2 equi alen e.
T as es e análisis, se sos iene la p emisa de que la ex acción de nanopa ículas
de qui ina a pa i del se a a de un p oceso muy supe io a sus semejan es en
cuan o a sos enibilidad se e ie e. Es o se debe a su bajo uso an o de sus ancias
químicas como de elec icidad. La con ibución de cada ac o al GWP o al
queda e lejada en la Figu a 11 que se mues a a con inuación.
Consumo de agua
m3
1.01
21.44
2.29
14.15
3.86
34
Figu a 11. Dis ibución del GWP en unción de agua, químicos y elec icidad. Adap ado de Re . 11
Se puede obse a que el p ime p oceso, el que meno impac o medioambien al
iene, es de odos el que meno can idad de sus ancias alcalinas equie e pa a
pode ejecu a se. De su GWP global, los químicos apo an únicamen e 1.03 kg
CO2 equi alen e, lo cual supone el 5.59 % del impac o o al, siendo el consumo
eléc ico el ac o p edominan e con 17.13 kg de CO2 equi alen e.
Po el con a io, den o de la Huella de Ca bono del p oceso más con aminan e,
el p oceden e de las gambas, des acan an o el uso de químicos (28.34 % del
o al) y de elec icidad (71.08 %). Es os dos ac o es apo an 256.97 y 644.53 kg
de CO2 equi alen e, espec i amen e.
35
6. Análisis de sensibilidad
Con el in de es udia la educción de impac o medioambien al asociado con el
aislamien o de nano ib illas de qui ina de hongos y de nanoc is ales de qui ina
de capa azones de gambas, se ha conside ado un nue o escena io en el que,
se es ima que la demanda eléc ica se educi á en un 30 % debido a una mejo a
de la e iciencia ene gé ica y al aumen o de escala. Además, se conside a que
los disol en es se ecogen median e des ilación pa a que no se libe en a la
a mós e a, u ilizando pa a ello un e apo ado o a o io con una capacidad de 20
L y una asa de e apo ación máxima de 5 𝐿
ℎ. Pos e io men e, se conside a que
los p oduc os ecupe ados se eci culan nue amen e a la p oducción y que solo
se equie e un 5 % de p oduc os químicos escos pa a cada p ocedimien o. De
es a mane a, se modelan ein e ciclos, donde los p oduc os químicos c udos
solo se ag egan en el p ime ciclo y los siguien es 19 ciclos equie en ag ega 5
% en peso de eac i os escos.
Se han elegido es os dos p ocesos pa a lle a a cabo el análisis de sensibilidad
ya que se a an de los escena ios menos y más con aminan es,
espec i amen e. Los esul ados de las 18 ca ego ías de impac o as la
aplicación del análisis de sensibilidad se mues an a con inuación en la Tabla 13.
HONGOS
GAMBA
Ca ego ía de impac o
Unidad de
e e encia
Impac o po kg
ecupe ado
Impac o po kg
ecupe ado
Fo mación de pa ículas inas
kg PM2.5
eq
0.023
0.69
Escasez de ecu sos ósiles
kg oil eq
3.93
125.69
Eco oxicidad en agua dulce
kg 1,4-DCB
0.51
15.59
Eu o ización de agua dulce
kg P eq
0.016
0.49
Calen amien o global
kg CO2 eq
14.75
468.92
Toxicidad cance ígena humana
kg 1,4-DCB
1.03
31.16
Toxicidad humana no
cance ígena
kg 1,4-DCB
20.35
603.09
Radiación ionizan e
kBq Co-60
eq
7.60
246.36
Uso del suelo
m2a c op
eq
0.41
12.87
Eco oxicidad ma ina
kg 1,4-DCB
0.70
21.42
Eu o ización ma ina
kg N eq
0.0049
0.05
Escasez de ecu sos mine ales
kg Cu eq
0.027
0.58
Fo mación de ozono, Salud
humana
kg NOx eq
0.026
0.88
Fo mación de ozono,
Ecosis emas e es es
kg NOx eq
0.026
0.95
36
Ago amien o del ozono
es a os é ico
kg CFC11
eq
0.0000080
0.00025
Acidi icación e es e
kg SO2 eq
0.054
1.68
Eco oxicidad e es e
kg 1,4-DCB
16.22
458.19
Consumo de agua
m3
0.38
9.52
Tabla 13. Impac os as el análisis de sensibilidad; Fuen e: Elabo ación p opia.
Los esul ados ob enidos del análisis son muy signi ica i os, al y como se puede
obse a en la Figu a 12, el GWP se educe en un 20.1% pa a el caso de las
uen es úngicas, alcanzando un alo mínimo de 14.7 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣
𝑘𝑔 , el cual es un
alo muy compe i i o pa a plan ea es a al e na i a como op ima; y un 48.3 %
pa a el de los capa azones de gambas.
Sin emba go, pa a de los hongos, la escasez de ecu sos mine ales y la
eu o ización ma ina aumen an en un 10.0 y un 227.6 %, espec i amen e,
debido al mayo consumo de ene gía pa a alimen a el o a apo .
Figu a 12. Reducción de impac os as el Análisis de Sensibilidad. Adap ado de Re . 11
37
7. Disposición del p oyec o
7.1. Desc ipción de las a eas a ealiza
Ta ea 1: P epa ación
Desc ipción de la a ea: En es a e apa del p oyec o, se leye on los documen os
p opo cionados po el di ec o del abajo.
Recu sos humanos:
Ingenie o/a Junio (90h)
Ingenie o/a Senio (15h)
Du ación: 2 semanas
Ta ea 2: Búsqueda de in o mación
Desc ipción de la a ea: Se comenzó a indaga en el ema. Es a e apa implica la
lec u a de dis in os a ículos elacionados con el asun o a a a y la búsqueda de
bibliog a ía.
Recu sos humanos: Ingenie o/a Junio (150h)
Du ación: 3 semanas
Ta ea 3: Cálculo LCI
Desc ipción de la a ea: Se analiza on las 5 di e en es me odologías de
ex acción de qui ina. Se ealizó el in en a iado, en adas y salidas del ACV.
Recu sos humanos:
Ingenie o/a Junio (210)
Ingenie o/a Senio (40)
Du ación: 12 semanas
Ta ea 4: Ob ención y análisis de esul ados OpenLCA
Desc ipción de la a ea: Se in oduje on dichas en adas y salidas en el so wa e
OpenLCA, median e el cual se calcula on los impac os de cada p oceso de
eciclaje.
Recu sos humanos:
Ingenie o/a Junio (30)
Ingenie o/a Senio (10)
38
Du ación: 5 semanas
Ta ea 5: Redacción del documen o
Desc ipción de la a ea: Una ez ob enidos los esul ados, se p ocedió a edac a
el documen o que engloba la con ex ualización, p ocedimien o y conclusiones
del abajo.
Recu sos humanos:
Ingenie o/a Junio (60)
Ingenie o/a Senio (10)
Du ación: 2 semanas
7.2. Du ación o al
La du ación o al del abajo se á de 24 semanas, comenzando en sep iemb e
de 2022 y inalizando en eb e o de 2023.
39
7.3. Diag ama de Gan
Tabla 14. Diag ama de Gan del p oyec o. Fuen e: Elabo ación p opia. SEM: semanas.
40
8. Cos e del p oyec o
El cos e del p oyec o conside a:
i. Un iempo de amo ización de 3 años.
ii. Un 10 % de cos es indi ec os.
iii. Un p ecio de la elec icidad de 0.28 € / kWh.
El cos e del p oyec o asciende a 20455 €.
CONCEPTO
TASA HORARIA
(€/HORA)
UNIDAD (HORAS)
TOTAL
PERSONAL
Ingenie o/a Junio
30
450
13500 €
Ingenie o/a Senio
70
75
5250 €
AMORTIZACIONE
S
O denado
0.90
450
405 €
Licencia OpenLCA
1.60
100
160 €
Licencia Mic oso
0.50
150
75 €
Ecoin en
0.50
100
50 €
GASTOS
Ma e ial de o icina
-
-
400 €
Elec icidad
0.28
450
126 €
SUBTOTAL
18586 €
Cos es indi ec os
(10 %)
1859 €
TOTAL
20445 €
Tabla 15.Cos e del p oyec o; Fuen e: Elabo ación p opia
41
9. Conclusiones
En el p esen e abajo, se ha cuan i icado de mane a pione a los impac os
medioambien ales que se o iginan del aislamien o de nanopa ículas de qui ina
a pa i de ecu sos úngicos y c us áceos median e la e aluación de ciclo de
ida. A pesa de conoce se las po enciales en ajas en e a los mé odos
con encionales, nunca an es se había es anda izado y cuan i icado, de mane a
que se pudiese compa a de una mane a eal y obje i a dicha di e encia.
Los impac os de la cuna a la pue a de los ChNF de los hongos se en en an a
la p oducción de ChNC po hid ólisis ácida a pa i de capa azones de cama ón,
capa azones de cang ejo y pol o de qui ina. A modo de compa ación, ambién
se conside a la hid ólisis de celulosa inducida po ácido sul ú ico análoga pa a
ob ene CNC. Se ha no malizado la can idad de ma e ia p ima en an e al
p oceso, de mane a que en odos los casos se u iliza 1 kg de ma e ial de o igen
(hongos, capa azones de cama ones y cang ejos, pol o de qui ina, celulosa
mic oc is alina).
Los 18 impac os que mues an el e ec o medioambien al noci o de cada una de
las me odologías es án basados en el consumo de ma e ial de en ada,
elec icidad y emisiones du an e el desa ollo de cada p oceso.
La ex acción de nanopa ículas de qui ina a pa i de uen es úngicas esul a
se el p oceso más espe uoso con el medio ambien e, y al como se ha
analizado p e iamen e, se conoce que sus impac os en las di e en es ca ego ías
son los más bajos en e odas las me odologías es udiadas. Po el con a io, el
mé odo de ex acción a pa i de capa azones de gambas se a a del más
pe judicial, siendo sus impac os los más al os en odas y cada una de las
ca ego ías. Se conoce que el GWP del caso úngico, es de 18.5 kg CO2
equi alen e po 1 kg de nanopa ículas dispe sadas en agua, mien as que los
ChNC de los capa azones de los cama ones p esen an un alo de 906.8 kg·CO2
equi alen e po 1 kg, al ededo de 49 eces supe io .
El análisis de sensibilidad ealizado al p ime p oceso ex aído de los hongos, el
cual consis e en la suposición de un escena io en el que el 95 % de las
sus ancias químicas eque idas se eci culan y que el consumo ene gé ico
disminuye en un 30 %, mues a un GWP de 14.7 kg CO2 equi alen e po 1 kg, lo
cual supone una educción del 20.1 %. De es a mane a queda acla ada la posible
duda sob e la alidez de dicho mé odo y se p opone como una al e na i a muy
in e esan e a implemen a pa a el desa ollo de es e campo. Asimismo, un
análisis de sensibilidad análogo ealizado sob e el p oceso de ob ención de
qui ina po medio de capa azones de gambas, e ela una educción del 48.3 %
espec o a la si uación o iginal. No obs an e, es e escena io, el cual disminuye el
impac o pa a la mayo ía de las ca ego ías an o en el caso de las uen es
úngicas como en el de las gambas, esul a pe judicial pa a la eu o ización
ma ina y la escasez de ecu sos mine ales siguiendo la me odología de los
hongos. Es os índices aumen an en un 227.6 y un 10 % espec i amen e, lo cual
48
11. Anexos
11.1 P oceso 1
Ob ención de nano ib illas de qui ina a pa i de hongos conside ando 1 kg de
Aga icus Bispo us como ma e ial de o igen y un endimien o del 20.2 %
( endimien o medio en e el 25.4 % pa a el allo y el 15.0 % pa a el somb e o)27
1. Congelado
Se congela inicialmen e 1 kg de Aga icus Bispo us du an e 10 h. Conside ando
una po encia de 370 W, se necesi a un consumo del 75 % del máximo, 2.8 kWh.32
2. Descongelación
Pa a descongela la mues a se u iliza 1 L de agua desionizada, bañando los
hongos po 5 min. El p ocedimien o se epi e dos eces, consumiendo 2 L de
agua.
3. T i u ado
A con inuación, la mues a se licúa du an e 10 min con una licuado a de 800 W,
que eniendo en conside ación que se abaja al 75 % del máximo, supone un
consumo ene gé ico de 100 Wh.
4. Baño en agua calien e
Se ealiza un baño a 85 ˚C du an e 30 min pa a elimina los componen es
hid osolubles. Pa a ello se añade agua desionizada has a ob ene un olumen
o al de 3 L. La elec icidad eque ida es de 386.25 Wh, debido al uso de un
agi ado magné ico y un baño cale ac o (1030 W de po encia).
5. Cen i ugado
La mezcla se cen i uga a 7000 pm du an e 15 min pa a elimina el agua
esidual. Pa a ello, u ilizando una cen i ugado a de 6900 W de po encia y 6 L de
capacidad, el consumo ene gé ico asociado al 75 % del o al es de 1.3 kWh.
6. T a amien o alcalino
La mezcla se some e a un a amien o alcalino pa a elimina p o eínas, lípidos y
polisacá idos alcalino solubles. Se u ilizan ap oximadamen e 2 L de hid óxido de
sodio (NaOH) 1[M] (80 g de NaOH), y la mezcla se calien a a 65 ˚C du an e 3 h.
consumiendo 3.1 kWh. El disposi i o u ilizado es el LBX H20SQC.33
7. Neu alización y cen i ugado
Se añaden 5 L de agua y se ealiza un paso de cen i ugado simila al an e io
pa a elimina el NaOH. El consumo de ene gía es de 1.3 kWh. El equipo u ilizado
es una cen í uga e ige ado a modelo CR22N, Hi achi Koki con una capacidad
de 6 L.34
49
8. Resuspensión
Se esuspende la mezcla has a consegui que sea una solución 0.8 % (𝑤
𝑣). Pa a
ello, la can idad de agua a añadi es de 124.32 L.
9. T i u ado
Finalmen e, la mezcla se ba e du an e 10 min. El equipo u ilizado es el modelo
Dynamic MX2000, con una po encia de 600 W y una capacidad de 100 L. Pa a
ealiza el p oceso se equie en 3 pasos, ya que el olumen a a a conside ando
un ac o de segu idad de duplicación es de 250 L.35 El consumo ene gé ico es
de 225 Wh.
50
11.2. P oceso 2
Pa a ob ene nanoc is ales de qui ina a pa i de capa azones de cama ón
conside ando 1 kg de capa azón de cama ón como ma e ial de o igen y un
endimien o del 12.5 %:
a- P ime subp oceso:
1. Remojo
Las cásca as de los cama ones se sume gen en 20 L de NaOH 0.5 [M] du an e
24 h pa a elimina las impu ezas a empe a u a ambien e (400 g de NaOH pu o).
2. La ado
Se u ilizan 20 L de agua desionizada. Se il a la mezcla median e un Büchne ,
cuya capacidad es de 20 𝑙
𝑚𝑖𝑛, y 60 W de po encia. El consumo ene gé ico es, po
an o, de ap oximadamen e 1 Wh, conside ando que se u iliza una po encia del
75 % de la máxima.
3. Secado
La mezcla se seca a 50 ˚C du an e 48 h, consumiendo 72 kWh a un 75 % de la
po encia máxima.
4. Molienda
Las cásca as de los cama ones se muelen (pa a educi el amaño de las
pa ículas) du an e 15 min usando 20 L de agua DI. El consumo de ene gía es
de 281 Wh al 75 % de la po encia máxima conside ando el modelo YLK-S-50L.36
5. Desmine alización
Pa a es e p oceso de desmine alización se equie en 20 L de solución de HCl
0.25 [M] (182.3 g de HCl pu o). La ene gía u ilizada pa a el p oceso es de 74 Wh,
co espondiendo es a ene gía a la agi ación de la mezcla, median e el uso de un
agi ado de cabeza digi al con un consumo de ene gía de 130 W. El p oceso se
ealiza a empe a u a ambien e, y el iempo necesa io pa a el p oceso es de 45
min.37
6. Fil ado
Se u iliza un il ado a acío ipo Büchne , con una capacidad de 20 𝑙
𝑚𝑖𝑛, y 60 W
de po encia.38 Se u ilizan 10 L de agua DI con un consumo de ene gía de 2 Wh
al 75 % de la p oducción.
7. Desp o einización
El p oceso se epi e 3 eces. Se añaden 20 L de NaOH 2.5 [M] (2 kg de NaOH
cada ez), abajando con 19.27 L de agua desionizada y 1.54 kg de NaOH a
una empe a u a de 80 ˚C du an e 6 ho as, consumiendo 18,52 kWh. El
51
disposi i o u ilizado pa a es e p oceso es el agi ado magné ico Labbox modelo
LBX H20SQC, con una po encia de 1030 W y una capacidad de 10 L. Pa a
ealiza es e paso se necesi an 4 e apas.33
8. Fil ado
El p oceso de il ado ambién se epi e 3 eces. Se u iliza nue amen e un il o
de acío ipo Büchne con un consumo de ene gía de 1 Wh (conside ando el 75
% del máximo). Se añaden 10 L de agua desionizada.
9. Fil ado
Se lle a a cabo un paso de il ado adicional. Pa a ello se equie e 1 L de ace ona
y 1 L de e anol.
10. Secado
La mues a se seca a 40 ˚C pa a elimina oda el agua es an e. Es e consume
72 kWh al 75 % de la po encia máxima.
b- Segundo subp oceso:
11. Hid ólisis
En es e pun o la mues a es á o mada po pol o de qui ina que se u iliza en el
p oceso de hid ólisis.
El p oceso de hid ólisis consis e en 20 L de solución ácida 3 [M] (2.187 kg de
HCl y 18.63 L de agua) a 90 ˚C du an e 15 min con agi ación cons an e. Es e
p oceso se ealiza es eces y se lle a a cabo en una unidad Ge ha d de
hid ólisis au omá ica Hyd o he m con 2800 W de po encia du an e 15 min,
consumiendo un o al de 3.15 kWh de ene gía al 75 % de la po encia máxima.39
12. Cen i ugado
Es e p oceso se epi e 3 eces, y pa a cada una de ellas, la cen i ugación
equie e 15 min. Po an o, se consume un 1.3 kWh en cada e apa.
13. Resuspensión
Se añaden 1.5 L de agua a la mezcla.
14. Diálisis
La diálisis de la qui ina se lle a a cabo pa a elimina las moléculas no deseadas
de la dispe sión. Como las moléculas g andes no pueden pasa a a és de los
po os de las memb anas de diálisis, la qui ina pe manece den o de las bolsas
de diálisis, mien as que las moléculas pequeñas se di unden lib emen e a a és
de la memb ana hacia el medio ex e io . Pa a ello, la suspensión de qui ina a
una concen ación del 2 % en peso se dializa con a agua des ilada u ilizando
memb anas de diálisis de celulosa egene ada du an e 48 h. El agua se
eemplaza cada 12 h. Teniendo en cuen a la can idad de nanoqui ina ex aída,
52
la can idad de agua eque ida es: 6.25 L de suspensión de nanoqui ina al 2 % en
peso, que equie e se cinco eces el agua en el anque pa a diálisis, cons ando
de 4 e apas, es deci , 125 L de agua.
15. Licuado
A con inuación, la mues a se ba e du an e 10 min con una ba ido a de 800 W
de po encia, consumiendo el 75 %, 100 Wh.
16. Dispe sión
La mues a se uel e a dispe sa median e la adición de 5 L de agua.
17. T a amien o mecánico
Pa a es e a amien o mecánico se u iliza un Homogeneizado APV Gaulin,
equi iendo un consumo ene gé ico de 1.63 kWh al 75 %.40
18. Redispe sión
Finalmen e, la mues a se uel e a dispe sa en 5 L de agua.
53
11.3. P oceso 3
Pa a el p oceso de ob ención de nanoc is ales de qui ina a pa i de pol o de
qui ina conside ando 1 kg de pol o de qui ina como ma e ial de pa ida y un
endimien o del 76 %:29
1. Desp o einización
Se a a 1 kg de qui ina en pol o. Pa a ello, se añade a la solución de qui ina,
NaOH al 5% en peso y bo ohid u o de sodio (NaBH4) al 0.3 % en peso, en una
p opo ción de 1:20 (1 kg de NaOH pu o y 60 g de NaBH4 pu o). Es e p oceso,
median e el cual se eliminan las p o eínas, que ep esen an el 22.07 % de la
masa inicial, se epi e 3 eces
El disposi i o u ilizado debe man ene el coe icien e de segu idad de 2, pa a
ga an iza el co ec o cumplimien o del p oceso. Po an o, se necesi a un
depósi o que pe mi a una capacidad de 46 L.
Se u iliza un agi ado magné ico con una capacidad de 10 L. Se equie en 6
e apas a 80 ˚C pa a comple a el p oceso. La po encia consumida po es e
disposi i o es de 1030 W, po lo que la elec icidad consumida se á de 13.91
kWh, siendo el iempo necesa io de 3 h.33
2. Temple (Quenching)
La eacción se diluye con un olumen de agua 10 eces el de la mues a, es
deci , 230 L.
3. Cen i ugado
La mezcla se cen i uga a una elocidad de 20000 g, du an e 15 min a una
empe a u a de 4 ˚C, pa a lo cual se u iliza una cen i ugado a- igo í ico modelo
CR22N, hi achi koki de 6 L de capacidad.
Po an o, el p oceso se end á que ealiza en 8 e apas, ya que el olumen a
cen i uga es de 46 L, y que emos man ene el ac o de segu idad. La po encia
de es e disposi i o es de 6900 W, po lo que el consumo eléc ico se á de 13.8
kWh, conside ando las 8 e apas, y el iempo eque ido de 15 min. De nue o, el
consumo eléc ico se es ima á en el 75 % del máximo, 10.35 kWh. 34
Po medio de es e p oceso, se eliminan ¾ de la can idad o al de agua, 13.8 kg,
quedando pa a la e apa siguien e 4.6 kg.
4. Resuspensión
Pa a es e p oceso de esuspensión se u ilizan 20 L de agua. La ene gía
consumida es la co espondien e al mezclado, el cual se indica que es á p esen e
en odas las e apas de pu i icación.
Pa a ello se u iliza á nue amen e el agi ado magné ico mencionado
an e io men e, consumiendo 1.59 kWh. (una sola e apa de mezclado, po encia
de 530 W y 3 h de du ación) que al 75 % suponen 1.2 kWh.
54
5. Blanqueamien o
Con una p opo ción de solución de qui ina a clo i o de sodio (NaClO2) de 1:15,
la concen ación de NaClO2 es 0.3 % en peso. A pa i de 1 kg de qui ina, la masa
de solución se á de 15 kg y la de NaClO2 en consecuencia (40 g).
Asimismo, pa a la e apa de blanqueo, se especi ica que es necesa ia la adición
de ácido acé ico (AcOH) has a que el pH sea 3. Es o da como esul ado 0.044 L
de AcOH, o 0.0462 kg de AcOH.
En cuan o a la ene gía eléc ica consumida en el blanqueo, se calcula de igual
o ma, 1.59 kWh, y al 75 %, 1.2 kWh.
Además, se necesi a ene gía pa a la agi ación, se ealizan 4 e apas con un
agi ado magné ico de 10 L de capacidad y 1030 W de po encia, consumiendo
un o al de 9.27 kWh conside ando un consumo ene gé ico del 75 %.
6. Temple (Quenching)
Conside ando los 16.42 L de solución, se ealiza un emple ag egando 165 L de
agua.
7. Cen i ugado
U ilizando la misma cen i ugado a que an es, po medio de 6 e apas, du an e 30
min, consumiendo (al 75 %), 15.6 kWh. Median e es e p oceso se eliminan ¾ del
olumen de agua y odos los esiduos, que son 12.15 kg de agua, quedando en
el p oceso un o al de 4.05 kg de agua.
8. Redispe sión
Se usan 5 L de agua.
9. Diálisis
Como se ha explicado p e iamen e, la diálisis de la qui ina se lle a a cabo pa a
elimina las moléculas no deseadas de la dispe sión. Pa a ello, la suspensión de
qui ina a una concen ación del 2 % en peso se dializa con a agua des ilada
u ilizando memb anas de diálisis de celulosa egene ada du an e 48 h. El agua
se eemplaza cada 12 h. Teniendo en cuen a la can idad de nanoqui ina ex aída,
la can idad de agua eque ida es: 6,25 L de suspensión de nanoqui ina al 2 % en
peso que equie e cinco eces el agua en el anque pa a diálisis, con 4 e apas,
es deci , 760 L de agua. Es e p oceso se epi e dos eces.
10. Calen amien o y e lujo
Se necesi an 9 kg de HCl 4 [M] (1.31 kg de HCl pu o). Se aplica calen amien o
du an e 540 min a 70 ˚C bajo e lujo. Pa a lle a a cabo es e p oceso se ienen
19.3 L de mezcla, se necesi an 4 e apas con el agi ado magné ico u ilizado
an e io men e du an e 540 min, consumiendo un o al de 27.81 kWh (al 75 % de
po encia).
11. Temple
55
Se añaden 60 L de agua.
12. Cen i ugado
Se p ocede a cen i uga la mezcla u ilizando la misma cen i ugado a que an es,
con 7 e apas du an e 30 min, consumiendo al 75 %, 18.1 kWh. Median e es e
p oceso se eliminan las ¾ pa es del olumen de agua y odos los esiduos, que
son 14.5 kg de agua, quedando en el p oceso un o al de 4.8 kg de agua.
13. Diálisis
La ase de diálisis se epi e, consumiendo de nue o 760 L de agua.
14. Ul asonidos
Implica some e a ul asonidos la dispe sión en e apas de 100 mL. El equipo
u ilizado es VCX 1500 HV con un consumo máximo de po encia de 2500 W. La
ene gía necesa ia al 75 % de la po encia es, po an o, de 41.56 kWh.41
56
11.4. P oceso 4
1. Desp o einización
En es e p ime paso se añaden 20 L de NaOH al 5 % (20.07 kg de agua
desionizada y 1.06 kg de NaOH). Pa a comple a es e p oceso se u iliza un
agi ado mecánico con un consumo de ene gía de 1030 W Labbox modelo LBX
H20SQC.33
Pa a lle a a cabo el p oceso se equie en 6 e apas, ya que la capacidad es de
10 L y el olumen a a a es de 30 L. Además, se equie e un ac o de segu idad
de 2. La du ación del p oceso es de 6 h, po lo que el consumo eléc ico es de
27.8 kWh, eniendo en cuen a que se conside a un 75 % de la po encia máxima.
2. La ado
Se u ilizan 10 L de agua desionizada. Se lle a a cabo la il ación con un il ado
a acío ipo Buchne , con una capacidad de 20 𝑙
𝑚𝑖𝑛, y un consumo eléc ico de
60 W. La elec icidad consumida es po an o de 2.5 Wh ap oximadamen e,
conside ando que se u iliza el 75 % de la po encia máxima.
3. Desmine alización
Se añaden 20 L de HCl 7 % en olumen (1.4 L o 2.086 kg de HCl pu o). La
ene gía u ilizada pa a el p oceso es de 9.4 kWh, ya que el disposi i o u ilizado
es un agi ado de cabeza (p oceso a empe a u a ambien e) con un consumo
eléc ico de 130 W y una capacidad de 40 L. El iempo necesa io pa a el p oceso
es de 4 días.
4. La ado
De nue o, se usan 20 L de NaOH 5 % en peso (1.06 kg de NaOH pu o). El
consumo ene gé ico es de ap oximadamen e 3 Wh.
5. Despigmen ación
Pa a elimina el pigmen o esidual, 20 L de pe óxido de hid ógeno (H2O2) 5 % en
olumen se añade a la mues a (1.7 kg de H2O2 pu o). La mezcla se calien a
has a alcanza los 90 ˚C, y se agi a du an e 1 h en el agi ado magné ico de 1030
W comen ado an e io men e. La capacidad de es e disposi i o es de 10 L, po lo
que se equie en 6 e apas con un consumo de 4.7 kWh.
6. La ado
De nue o, se usan 20 L de NaOH 5 % en peso (1.06 kg de NaOH pu o). El
consumo ene gé ico es de ap oximadamen e 3 Wh.
7. Secado
La mues a se seca a 40 ˚C du an e 16 h con el ho no modelo Ca boli e Ge o
Apex AX120 de 2000 W, con un consumo de 24 kWh.
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8. Desmine alización
La mues a se a a con 2.6 L de HCl 4 [M] (379.2 g de HCl pu o). El p oceso se
comple a en 10 h a 104 ˚C, y el disposi i o u ilizado es el agi ado magné ico
mencionado an e io men e, con un consumo de 7.7 kWh.
9. Decolo ación
Se añaden 130 mL de H2O2 30 % en olumen du an e los úl imos 30 min de la
ase de desmine alización (56.5 g de H2O2 pu o).
10. Dilución
La mezcla se diluye has a duplica el olumen, ag egando así 2.86 L.
11. Cen i ugado
Pa a elimina ap oximadamen e el 80 % del apo e líquido a la mues a, se
ealiza un p oceso de cen i ugación de 15 min a 2200 pm. El equipo u ilizado
es la cen i ugado a modelo CR22N, hi achi koki con una capacidad de 6 L con
un consumo de po encia de 6900 W. El olumen a ado es de ap oximadamen e
5.8 L, como p e iamen e se ha explicado, po lo que se equie en 2 e apas. La
elec icidad consumida es de 2.6 kWh.
12. Diálisis
Teniendo en cuen a la can idad de nanoqui ina ex aída, la can idad de agua
eque ida es: 4.85 L de suspensión de nanoqui ina al 2 % en peso que equie e
cinco eces el agua en el anque pa a diálisis, con 4 e apas, es deci , 97 L de
agua.
13. T a amien o ul asónico
En es e p oceso se u iliza el Limpiado Ul asónico ZORTRAX, el cual iene un
consumo de po encia de 120 W. Pa a ealiza es a úl ima ase se equie e 1 h,
consumiendo 90 Wh.
