Actualmente, existe demanda de plásticos biodegradables que eviten la contaminación existente. En este sentido, los nanocristales de celulosa presentan potencial para la producción de plásticos biodegradables o bioplásticos a partir de recursos renovables como residuos agroforestales (madera y residuos agrícolas). Sin embargo, el proceso actual del fraccionamiento de la lignocelulosa de esos residuos requiere de hidrolisis química agresiva, por lo cual el método de fraccionamiento biológico, utilizando hongos filamentosos, puede ser una buena alternativa para tornar el proceso de producción de bioplásticos en más eco-amigable. Los nanocristales de celulosa han surgido como un candidato potencial para reemplazar a los agentes de refuerzo sintéticos que se utilizan principalmente en la fabricación de matrices poliméricas como los plásticos, los cuales son considerados altamente contaminantes debido a su baja degradabilidad. En este contexto, la propuesta del presente proyecto es obtener nanocristales de celulosa a partir de la fermentación de hongos filamentosos en residuos de madera (bolaina y/o marupa), para la elaboración de plásticos biodegradables como alternativa a los plásticos convencionales de baja degradabilidad.

El consumo de plásticos, desde la última década, debido a su bajo costo en relación a otros materiales, ha incrementado su producción hasta aproximadamente 400 millones de toneladas a nivel mundial. Los plásticos predominantes en el mercado son elaborados a partir de compuestos derivados de la industria petroquímica y síntesis química, por lo cual la estabilidad de sus enlaces químicos generados durante la polimerización es alta y permite su resistencia mecánica a corto plazo. Sin embargo, constituye un problema ambiental de disposición final y degradabilidad a mediano y largo plazo, pues los plásticos convencionales requieren al menos 150 años para su descomposición debido a su baja degradabilidad.

En los últimos 5 años, el alto consumo de plástico y su inadecuada disposición final ha generado una alarma mundial debido a la contaminación causada por este material, sobre todo en cuerpos de agua y otros hábitats, ya que ha implicado efectos negativos e incluso letales sobre las especies que estos albergan. Como acción inmediata, se han establecido normativas ambientales y leyes que promueven la reducción, tanto del consumo como de su fabricación. Sin embargo, dichas medidas serán sostenibles en la medida que se logren introducir plásticos biodegradables a partir de materiales alternativos que satisfagan la demanda de los consumidores a costos razonables y que minimicen el daño ambiental. Actualmente, existen en el mercado alternativas como los plásticos de ácido poliláctico, que son menos contaminantes, pero no completamente biodegradables, pues la polimerización del ácido láctico se realiza por síntesis química. No obstante, existen esfuerzos para producir polilactatos mediante microorganismos diseñados genéticamente (factorías celulares).

En el contexto de la bioeconomía, se promueve el uso de recursos renovables, como la lignocelulosa, mediante la biotecnología, para la obtención de nuevos productos y materiales mediante síntesis biológica o tecnología enzimática que reemplace los materiales derivados del petróleo y sea biodegradable. En este sentido, existe un esfuerzo mundial por la búsqueda de nuevas capacidades biológicas para reemplazar los catalizadores químicos por biológicos, y los microorganismos constituyen un gran foco de interés por su gran versatilidad metabólica y robustez celular. Entre estos, los hongos cumplen funciones ecológicas de reciclaje de materiales debido a su gran capacidad de producción y secreción de enzimas, por lo cual pueden ser utilizados en diferentes procesos biotecnológicos.

A nivel del país, ya se han establecido normativas para restringir el uso de plástico contaminante y surge la necesidad de reemplazarlos por materiales amigables con el ambiente. A su vez, existen residuos madereros y agrícolas subutilizados o incluso causantes de contaminación porque son desechados en los ríos o acumulados. En este contexto, la presente propuesta plantea el uso de residuos de la industria de madera (Bolaina Marupa) para obtención de nanocelulosa por vía biológica utilizando cultivos de hongos, para luego aplicarla como insumo en la producción de un plástico biodegradable. Para generar la matriz polimérica se plantea el uso de residuos agrícolas que contengan almidón o pectina, a partir de residuos subutilizados de papa, cacao o café.

En el contexto mundial de la bioeconomía, como modelo económico y productivo sostenible, existe alta prioridad de reconvertir la industria petroquímica y química en una biotecnológica que utilice recursos renovables y genere nuevos productos, procesos y servicios ambientalmente amigables. En los últimos años ha surgido la necesidad de reemplazar los plásticos convencionales de origen fósil con plásticos biodegradables mediante el uso sostenible de los recursos biológicos. Actualmente, varios tipos de bioplásticos se producen industrialmente, sobre los cuales se busca comparar su rendimiento y precio con los plásticos convencionales. También existe un gran interés en la utilización de residuos agroforestales lignocelulósicos para la producción de polímeros y nanomateriales como nanocelulosa, con múltiples aplicaciones en diferentes sectores industriales.

Desde el punto de vista tecnológico, la producción de bioplásticos, a partir de biomasa lignocelulósica, presenta algunos desafíos referentes al fraccionamiento de sus componentes principales (lignina, celulosa y hemicelulosa), el cual se realiza mediante tratamiento físico-químico e involucra, en algunos de estos, resultados muy agresivos para la estructura de la celulosa, a la vez que generan efluentes químicos tóxicos. En este sentido, un proceso ambientalmente sostenible requiere necesariamente el uso de sistemas biológicos o enzimáticos para la desconstrucción de la lignocelulosa. En este sentido, los hongos filamentosos son utilizados tradicionalmente para la obtención biotecnológica de enzimas mediante fermentación en estado sólido utilizando residuos agroindustriales y cultivos sinérgicos de especies de basidiomicetos y hongos filamentosos como Aspergillus y Trichoderma. Precisamente, la producción de estas enzimas genera la desconstrucción biológica de la lignina, celulosa y hemicelulosa, lo cual forma nanocristales de celulosa que pueden ser recuperados mediante procesos físicos. En la medida que este sistema productivo simula la condición natural de crecimiento y nutrición de estos microorganismos en la naturaleza, no genera efluentes ni contaminantes y la optimización del proceso puede generar altos rendimientos de producción.

En el Perú, la actividad agrícola, agroindustrial y la industria de transformación de madera, genera aproximadamente 10 millones de TM de residuos al año, muchos de los cuales son utilizados para producción de abonos y otros productos de bajo valor agregado. Sin embargo, en casos más críticos, como los residuos de aserrío de madera, estos son vertidos a los ríos y generan contaminación de las fuentes de agua. En el modelo de agrorefinerías, es posible generar más de un producto de valor agregado a partir de la biomasa lignocelulósica. Así, la presente propuesta plantea utilizar residuos de madera de bolaina o marupa para la obtención de cristales de nanocelulosa y residuos agrícolas amiláceos o con pectina. La nanocelulosa se utilizará como refuerzo mecánico para la elaboración de plásticos utilizando pectina o almidón como matriz polimérica. El proyecto, además, permitirá fortalecer y complementar capacidades de los investigadores involucrados e incrementar el potencial de innovación en el país.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Manufactura Avanzada

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio:  01/12/2018

Fecha de cierre:  01/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

Obtener nanocristales de celulosa utilizando fermentación en estado sólido de hongos filamentosos para elaborar plástico biodegradable

Objetivo específico 1

Seleccionar el material lignocelulosico, a partir de residuos de madera marupa y/ o bolaina, y realizar su deslignificación y desconstrucción de la celulosa mediante tratamiento biológico con hongos

Objetivo específico 2

Obtención de nanocristales de celulosa

Objetivo específico 3

Caracterización de los nanocristales de celulosa

Objetivo específico 4

Preparación y caracterización del bioplastico

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional Agraria La Molina

RUC: 20147897406

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Institución asociada

Universidade Tiradentes

Tipo de entidad: Universidades extranjeras

Régimen: Privado

País: Brasil

Institución asociada

Centro de Investigaciones Tecnológicas, Biomédicas y Medioambientales

RUC: 20600589891

Tipo de entidad: Centros de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica (CITEs) públicos o privados.

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Callao

Provincia: Provincia constitucional del Callao

Distrito: Bellavista

Investigador principal

Nombres: Gretty Katherina

Apellido paterno: Villena

Apellido materno: Chávez

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Biólogo

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Coinvestigador

Nombres: Yvette

Apellido paterno: Ludeña

Apellido materno:  Hinojosa

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Coinvestigador

Nombres: Ilanit

Apellido paterno: Samolski

Apellido materno: Klein

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Coinvestigador

Nombres: Justiniano

Apellido paterno: Quispe

Apellido materno: Marcatoma

Grado académico: Doctorado

Entidad: Centro de Investigaciones Tecnológicas, Biomédicas y Medioambientales

Dependencia: Laboratorio de Caracterización de Materiales

Coinvestigador

Nombres: Carlos Vladimir

Apellido paterno: Landauro

Apellido materno: Saenz

Grado académico: Doctorado

Entidad: Centro de Investigaciones Tecnológicas, Biomédicas y Medioambientales

Dependencia: Laboratorio de Caracterización de Materiales

Coinvestigador

Nombres: Marcelo

Apellido paterno: Da Costa

Apellido materno: Mendonca

Grado académico: Doctor

Entidad: Universidade Tiradentes

Dependencia: Laboratório de Biología Molecular y Laboratório de Biomateriais

Coinvestigador

Nombres: María Lucila

Apellido paterno: Hernández

Apellido materno: Macedo

Grado académico: Doctor

Entidad: Universidade Tiradentes

Dependencia: Laboratório de Biología Molecular y Laboratório de Biomateriais

Tesista

Nombres: Tesista no identificado 1

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Gestor tecnológico

Nombres: Gestor tecnológico no identificado 1

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Coordinador administrativo

Nombres: Isabel

Apellido paterno: Saldaña

Apellido materno: Zavala

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Técnico

Nombres: Técnico no identificado 1

Apellidos: –

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.