Una transición hacia un sistema económico circular, caracterizado por una eficiencia máxima en la gestión de los recursos, que nos permita extraer todo su valor, y una generación de residuos, emisiones y fugas de energía mínimas, requiere de enfoques destinados a ralentizar, cerrar y estrechar los bucles descritos por materiales y energía. Entre estos enfoques encontramos operaciones de mantenimiento, reparación, reacondicionamiento, reutilización y reciclaje, entre otras (Geissdoerfer et al., 2017).
La simbiosis industrial (SI) constituye una herramienta estratégica para la implantación de una economía circular. Una de las definiciones más recientes es la que ofrece el Comité Europeo de Normalización (CEN), que se refiere a la SI como a la utilización, por parte de una empresa o sector de los recursos de otras empresas o sectores, con el resultado de mantener los recursos en uso productivo durante más tiempo, considerando el término recurso en su sentido más amplio, englobando así subproductos, residuos, energía, agua, logística, capacidades, experiencia, equipos y materiales (CEN, 2018).
El concepto de SI descansa básicamente sobre dos pilares teóricos: la ecología industrial (EI) y la sostenibilidad. En primer lugar, porque asimila el funcionamiento de las industrias al de los ecosistemas naturales, considerando sistemas industriales diversos, resilientes y regenerativos, con un enfoque colectivo para lograr una ventaja competitiva a través del intercambio de recursos entre sus integrantes. En segundo lugar, porque adopta un enfoque sistémico para un desarrollo industrial más sostenible e integrado, desde un punto de vista medioambiental y que, al mismo tiempo, suponga beneficios económicos (Huang et al., 2019).
El principal mecanismo de acción de la simbiosis industrial es el establecimiento de sinergias. En función de la naturaleza de aquello que se comparte, es decir, los recursos, tenemos:
- Sinergias de subproductos y residuos
- Sinergias de servicios públicos e infraestructuras
- Sinergias de conocimiento
Centrémonos en el primer tipo, las sinergias de subproductos o residuos, también denominadas sinergias de sustitución por algunos autores (Ruiz Puente, 2012). En estas, las corrientes residuales de una determinada empresa se utilizan como insumo por parte de otra empresa, bien como materias primas o aditivos. Este tipo de relaciones entre empresas, habitualmente, se circunscriben al espacio de un parque industrial definido. Sin embargo, aunque la proximidad es un factor que facilita el establecimiento de estos nexos y reduce los costes de transporte de residuos, existen ejemplos en los que estas sinergias se dan a través de diferentes límites geográficos, por ejemplo, entre distintas regiones e incluso entre países.
Con todo esto en mente, resulta fundamental disponer de un conocimiento en profundidad de los diversos residuos involucrados en este tipo de sinergias, tanto en términos de volumen, disponibilidad, impacto medioambiental asociado, así como el efecto derivado de su uso sobre el equilibrio coste-beneficio. Estos residuos, tras operaciones de valorización, pasan a poder ser utilizados como si de materias primas se tratasen (materias primas secundarias). En la industria cerámica, el uso de materias primas secundarias derivadas de los flujos de residuos reduce la dependencia, tanto del precio como de la disponibilidad, de las materias primas vírgenes. Sin embargo, la inyección de corrientes residuales procedentes de otros sectores es una cuestión compleja en la que entran en juego múltiples factores de diversa naturaleza, ya sean técnicos, medioambientales o económicos. Desde un punto de vista técnico, en muchos casos es necesario realizar labores de adaptación que hagan posible la interacción simbiótica. Algunos ejemplos a este respecto serían las operaciones de pretratamiento de las corrientes de residuos, con el fin de eliminar contaminantes, o la adaptación de los procesos de fabricación a materias primas secundarias, con una composición química diferente.
El proyecto LIFE EGGSHELLENCE, financiado por el Programa LIFE 2014-2020 de Medio Ambiente y Acción por el Clima de la Unión Europea con referencia LIFE19 ENV/ES/000121 y que también cuenta con el apoyo de la Generalitat Valenciana, ilustra perfectamente cómo la industria cerámica puede también establecer interacciones simbióticas con otros sectores industriales teóricamente alejados, como ocurre con el de las industrias ovo productoras. Los ovoproductos son derivados del huevo que son procesados para eliminar cualquier riesgo sanitario, alargar la vida útil y/o facilitar el manejo del huevo en industrias alimentarias, restauración y usos profesionales.
Estas industrias generan una gran cantidad de residuos, principalmente cáscaras de huevo, los cuales se destinan a vertederos. Únicamente en 2018, se produjeron 77 millones de toneladas de huevos en todo el mundo, lo que corresponde a aproximadamente 8,5 millones de toneladas de residuos de cáscara de huevo generados al año. En lo que respecta a Europa, considerando únicamente las empresas ovo productoras, se generan cerca de 150.000 toneladas anuales de cáscaras de huevo, algo que supone para las empresas unos costes asociados de transporte y tratamiento o vertido de entre 25 y 100 euros/tonelada, algo que, a su vez, se traduce en unos costes de entre 50.000 y 100.000 euros anuales para industrias de un tamaño medio. Por consiguiente, la gestión de los residuos de cáscara de huevo representa un problema de especial relevancia para estas industrias que justifica la necesidad de desarrollar procesos industriales específicos para la valorización de este residuo.
La cáscara de huevo aviar es una envoltura protectora natural que se obtiene como resultado de procesos de biomineralización, es decir, procesos mediante los cuales los organismos vivos producen minerales, generalmente para aportar rigidez a los tejidos. Está compuesta principalmente por carbonato de calcio (CaCO3) en forma de calcita y contiene cientos de proteínas que interactúan con la fase mineral controlando su formación y organización estructural. Se trata de una estructura altamente ordenada cuyo espesor, forma y tamaño varían entre las diferentes especies. Sin embargo, en la gran mayoría de las aves, la masa de la cáscara es proporcional a la masa del huevo y representa el 11% de su peso. La cáscara de huevo de gallina ha sido la más estudiada hasta la fecha. Contiene un 1,6% de agua, de un 3,3 a un 3,5% de matriz orgánica que constituye la red de fibras proteicas o membrana y un 95% de minerales. Está fase mineral o inorgánica, está formada principalmente por carbonato de calcio (98,4%) así como por pequeños porcentajes de fosfato de calcio (Ca3(PO4)2) y carbonato de magnesio (MgCO3), entre otros (Gautron et al., 2021).
Por consiguiente, una vez separada la membrana de la fase mineral, la cáscara de huevo puede emplearse como una fuente alternativa de CaCO3, de ahora en adelante bio-CaCO3, concretamente en el proceso de fabricación de revestimientos cerámicos. Este es, precisamente, el planteamiento del proyecto LIFE EGGSHELLENCE, cuyo objetivo reside en demostrar la viabilidad técnica del uso de la cáscara de huevo como materia prima secundaria en la fabricación de azulejos. Este proyecto se encuentra ya en fase de ejecución. Recientemente se ha instalado en la empresa ovo productora AGOTZAINA, S.L., socia del proyecto, el prototipo construido por la firma MAINCER, S.L., también socia del proyecto y fabricante de maquinaria para la industria cerámica. Este prototipo ha sido diseñado y construido para separar la membrana biológica de los residuos de cáscara de huevo.
Una vez obtenido este bio-CaCO3, se incorporará como materia prima secundaria en composiciones de azulejos cerámicos por parte de otros dos socios del proyecto: la empresa ADM del grupo Mota SC y la empresa EUROATOMIZADO, pruebas que se realizarán con el apoyo del ITC-AICE y de la Universidad de Aveiro, también socia del proyecto. Los estudios iniciales (Vilarinho y Seabra, 2022) indican que es posible sustituir el CaCO3, procedente de la roca caliza, por el bio-CaCO3. Además, para una misma granulometría, el uso de bio-CaCO3 promueve un aumento de alrededor del 19% en la resistencia a la flexión del material, mientras que el resto de las características técnicas (coeficiente térmico lineal, pérdida de peso, contracción por cocción, absorción de agua, densidad y coordenadas cromáticas) no se muestran afectadas por la sustitución de una materia prima virgen por una secundaria.
En el proyecto se espera poder reducir hasta en un 90% el volumen de cáscaras de huevo depositadas en vertederos, mitigando el impacto ambiental asociado, además de suponer un ahorro en los costes de gestión del residuo para las empresas ovo-productoras. Por su parte, la introducción de la cáscara de huevo en la cadena de valor del sector cerámico, que consume cerca de 300.000 toneladas de CaCO3/año, a través de la simbiosis industrial entre las empresas ovo-productoras y los fabricantes de baldosas cerámicas, tiene capacidad para absorber el volumen de este residuo generado por las empresas ovo-productoras de toda Europa, evitando así la explotación de recursos minerales para obtener el CaCO3 y con ello, el impacto medioambiental que esto conlleva.
Imagen: (A) Restos de cáscara de huevo; (B) Microestructura de la cáscara de huevo; (C) Interacción simbiótica entre las empresas ovo-productoras y cerámicas y (D) Prototipo para la separación de la membrana de la fase mineral de la cáscara de huevo.
Fuentes:
Development of eco-ceramic wall tiles with bio-CaCO3 from eggshells waste