Investigador PIDi trabaja en la reutilización de residuos agroindustriales aplicando procesos integrados de separación por membranas

Autor: Comunicaciones UTEM|
Las membranas, al funcionar como filtro, permiten colar los residuos y extraer lo mejor de ellos para obtener nuevos productos.

¿Qué hacer con la cantidad de desperdicios que se generan a partir del desarrollo agroindustrial?

El investigador del Programa Institucional de Fomento a la Investigación, Desarrollo e Innovación (PIDi), René Ruby Figueroa, con un posdoctorado en el Instituto para la Tecnología de la Membrana (ITM-CNR, Italia), propone a través de su investigación una alternativa para el tratamiento y revalorización de desechos agroindustriales, por medio de procesos de separación por membranas, permitiendo así recuperar compuestos de interés que puedan ser utilizados como materia prima para la formulación de alimentos con características saludables.

Las membranas comerciales no son tan eficientes y selectivas como las membranas celulares, pero cumplen el mismo objetivo, es decir, permitir el paso de ciertas moléculas mientras otras son retenidas. Es así que mediante los procesos de membrana se le de nueva vida a lo que hasta ahora fue considerado desperdicio.

En esta línea, las tecnologías de membrana se han posicionado como una atractiva alternativa para su aplicación en el tratamiento no solo de residuos agroindustriales, sino también en industrias como la minera o la acuícola, donde más allá de contribuir a crear productos, el interés radica en generar nuevas y mejores opciones en beneficio del medioambiente.

Además de su línea de investigación, René Ruby habló sobre su participación en el PIDi UTEM, programa enfocado en la sinergia de investigadores multidisciplinarios que trabajan por el desarrollo del país.

¿Qué significa para ti formar parte del PIDi?

Es bastante atractivo, porque donde hay mucho que construir, uno puede marcar una diferencia. El equipo multidisciplinario que está creando el PIDi permitirá abordar las temáticas de investigación y necesidades país desde una mirada transversal que incluyen las ciencias básicas y aplicadas.

Somos pioneros en este programa que la UTEM buscaba crear para dar espacio a la investigación, desarrollo e innovación y eso es una gran oportunidad y responsabilidad. Quisiera sumar un grano de arena en potenciar la investigación dentro de la Universidad.

¿Cuál es tu línea de investigación?

Mi línea son los procesos integrados de separación por membranas. Una membrana se define como una barrera selectiva que permite separar ciertos compuestos. En términos bien simples, imaginémosla como un colador a muy pequeña escala en el rango de los micrómetros y nanómetros. Este colador permite que algunos compuestos queden retenidos, por tamaño, y que otros pasen a través de la membrana, logrando así una separación.

El proceso más famoso de separación por membranas se llama ósmosis inversa.

¿Qué es la osmosis inversa?

Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferente concentración de sólidos disueltos, por ejemplo sales, estos se mezclarán hasta igualar la concentración. Ahora si estos fluidos están separados por una membrana permeable el fluido con menor concentración de sales se moverá a través de la membrana hacia el fluido con mayor concentración hasta lograr un equilibrio. Esa es la osmosis.

La osmosis inversa es el proceso contrario, es decir, forzar por medio de la aplicación de una determinada presión el paso del fluido a través de una membrana desde una solución concentrada hacia una con menor contenido de sales.

¿Dónde se utiliza esto?

Es un proceso conocido porque se utiliza para algo tan fundamental como es la producción de agua para consumo humano, mediante la desalinización de agua de mar. Mediante la aplicación de presión se fuerza el paso del agua a través de la membrana quedando así las sales retenidas.

En el norte de nuestro país existen plantas de osmosis inversa, principalmente, destinadas a procesos mineros. También venden filtros o sistemas de osmosis inversa para ser instalados en las casas, conectarlos directamente a la red de agua de red y así obtener agua con un menor contenido de sales minerales y/o residuos.

Otra de las aplicaciones donde las membranas tienen ventajas comparativas es en la clarificación de jugos de fruta, cervezas o mostos. En este proceso se utilizan membranas de micro y/o ultrafiltración que permiten separar los compuestos que dan turbidez obteniendo productos sin partículas en suspensión.

¿Cómo funciona esto a nivel de agroindustria?

En el caso de la desalinización de agua de mar y clarificación por membranas, se hacen con una sola etapa unitaria. Ahora, ¿qué pasa con residuos que tienen distintos compuestos que deseo recuperar? En este caso se requiere más de una sola etapa unitaria, es decir, utilizar distintos procesos de membrana acoplados, por eso se llaman procesos integrados.

Consideremos un residuo agroindustrial que posee compuestos de mayor tamaño como pectinas, compuestos fenólicos que son más pequeños, azúcares simples y agua, la estrategia es un sistema integrado. Inicialmente con procesos de microfiltración es posible recuperar pectinas que pueden tener una salida comercial como espesante en la industria de alimentos.

Después, lo que logró pasar a través de la membrana de microfiltración, lo llevo a una etapa de nanofiltración, donde puedo recuperar compuestos fenólicos. Estos compuestos están presentes, por ejemplo, en desechos como las cáscaras de fruta y están muy de moda por su capacidad antioxidante. Con el sistema integrado los puedo recuperar, concentrar y vender.

Finalmente lo que logro atravesar la membrana de nanofiltración puedo llevarla a un proceso de osmosis inversa donde puedo recuperar los azúcares simples, concentrándolos. Estos pueden ser utilizados para la generación de bioetanol, y además puedo recuperar agua que puede ser reutilizada en el proceso, siguiendo el concepto de economía circular.

Esos son los sistemas integrados: utilizar distintos procesos de membrana, en forma secuencial o en paralelo, para poder recuperar distintos componentes que de otra manera no se podrían recuperar.

¿Por qué elegiste esta línea?

Vi un potencial gigantesco de esta área en Chile por la cantidad de desechos industriales que se generan y requieren ser tratados. Mi objetivo es buscar alternativas para el tratamiento de los residuos de la industria en general, sin embargo hasta la fecha me he enfocado en los residuos agroindustriales.

¿En qué líneas específicas trabajas actualmente?

Estamos trabajando, junto a dos tesistas de Ingeniería en Química de la UTEM, en la primera etapa de un proyecto FONDECYT. El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un proceso de extracción de compuestos fenólicos asistida por ultrasonido seguida por un fraccionamiento por medio de membranas que permitirá la recuperación de los distintos componentes presentes en el orujo de uva como compuestos fenólicos, azúcares y agua. En particular, los compuestos fenólicos son muy atractivos por su capacidad antioxidante, antiinflamatoria, por mencionar algunas.

Dentro de este proyecto se apunta al desarrollo de un reactor de membrana donde con el ultrasonido rompa la matriz vegetal del orujo liberando los compuestos fenólicos y con la membrana voy separando. Todo eso en un reactor. En vez de hacer dos etapas unitarias, sólo hago una reduciendo así costos de inversión y operación.

Adicionalmente, en conjunto con investigadores del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC) de la Universidad de Chile, estamos trabajando en la aplicación de sistemas integrados de separación por membranas como una alternativa a procesos convencionales en la industria minera.

Por Daniela Bozo Villarroel

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