Anàlisi de cicle de vida de la producció de bioplàstics a partir de microorganismes

Abstract

La producció de PHB (principal bioplàstic de PHA) comporta un preu més elevat que els plàstics convencionals a causa de l'esterilització del substrat i als consums de producció. Per a augmentar la competitivitat i l'eficiència, s'estàn investigant noves estratègies per a la producció: l'ús de cultius mixtos en lloc de ceps individuals per a evitar els costos d'esterilització, l'ús de substrats alternatius basats en residus per a reduir el cost i l'ús de la terra, i l'ús de cianobacteris com a alternativa a les heteròtrofes que requereixen altes quantitats de matèria primera de carboni. Sota aquests nous enfocaments, aquest estudi va realitzar una avaluació del cicle de vida (ACV) d'1 kg de PHB produït sota quatre escenaris diferents, amb la novetat de ser tots ells cultius mixtos: dues produccions heteròtrofes, una amb substrat sintètic (escenari 1) i amb substrat d'aigües residuals (escenari 2), i dues fotosintètiques, amb substrat sintètic (escenari 3) i d'aigües residuals (escenari 4). El ACV va donar com a resultat un menor impacte per a les produccions heteròtrofes, en comparació amb les fotosintètiques, sent l'escenari 4 el de major impacte ambiental. No obstant això, mitjançant una anàlisi de sensibilitat amb augment de productivitat, es va demostrar que l'impacte ambiental dels cultius fotosintètics pot igualar a l'heteròtrof, i també el substrat d'aigües residuals al sintètic. Aquest estudi demostra que la producció fotosintètica encara es troba en una fase primerenca per a ser competitiva, però amb la millora de l'eficiència, es pot aconseguir el canvi cap a l'ús de cianobacteris com a via alternativa a la producció de bioplàstics.La producción de PHB (principal bioplástico de PHA) conlleva un precio más elevado que los plásticos convencionales debido a la esterilización del sustrato y a los consumos de producción. Para aumentar la competitividad y la eficiencia, se están investigando nuevas estrategias para la producción: el uso de cultivos mixtos en lugar de cepas individuales para evitar los costes de esterilización, el uso de sustratos alternativos basados en residuos para reducir el coste y el uso de la tierra, y el uso de cianobacterias como alternativa a las heterótrofas que requieren altas cantidades de materia prima de carbono. Bajo estos nuevos enfoques, este estudio realizó una evaluación del ciclo de vida (ACV) de 1 kg de PHB producido bajo cuatro escenarios diferentes, con la novedad de ser todos ellos cultivos mixtos: dos producciones heterótrofas, una con sustrato sintético (escenario1) y con sustrato de aguas residuales (escenario 2), y dos fotosintéticas, con sustrato sintético (escenario 3) y de aguas residuales (escenario 4). El ACV dio como resultado un menor impacto para las producciones heterótrofas, en comparación con las fotosintéticas, siendo el escenario 4 el de mayor impacto ambiental. Sin embargo, mediante un análisis de sensibilidad con aumento de productividad, se demostró que el impacto ambiental de los cultivos fotosintéticos puede igualar al heterótrofo, y también el sustrato de aguas residuales al sintético. Este estudio demuestra que la producción fotosintética aún se encuentra en una fase temprana para ser competitiva, pero con la mejora de la se puede lograr el cambio hacia el uso de cianobacterias como via alternativa a la producción de bioplásticos.The production of PHB (main PHA bioplastic) leads to a higher price than conventional plastics due to substrate’s sterilization and production consumptions. To increase competitiveness and efficiency, new strategies for the production are being researched: the use of mixed cultures instead of single strains to avoid sterilization costs, the use of waste-based alternative substrates to reduce the cost and use of land, and the use of cyanobacteria as an alternative to heterotrophic which require high amounts of carbon feedstock. Under these new approaches, this study performed a life cycle assessment (LCA) of 1 kg of PHB produced under four different scenarios, with the novelty of being all of them mixed cultures. Two heterotrophic productions, one with synthetic substrate (scenario1) and with wastewater substrate (Scenario 2), and two photosynthetic, with synthetic (scenario 3) and wastewater substrate (scenario 4). The LCA resulted in a lower impact for the heterotrophic productions, compared to the photosynthetic ones, having scenario 4 the highest environmental impact. However, by a sensitivity analysis with productivity increase, it was proved that the environmental impact of photosynthetic cultures can equal heterotrophic one, and also the wastewater substrate to the synthetic. This study demonstrates that photosynthetic production is still at early stages to be competitive but with enhancement of efficiency, the shift towards using cyanobacteria as an alternative source for the bioplastics production can be achieved