Biotecnología en la industria papelera I

360 ​​millones de toneladas de impresos, periódicos y cajas de cartón son consumidos cada año. Cuando la era de Internet amanecía, muchos predijeron la reducción final del consumo de papel…, por el contrario, su consumo ha crecido alrededor del 60% en los últimos 20 años.

Todo el proceso, desde la tala de los árboles hasta la obtención de la característica hoja de papel- supone la utilización de una tecnología diversa, compleja y altamente contaminante. Así, la industria del papel procesa una gran cantidad de biomasa lignocelulósica a través de procesos mecánicos, térmicos y químicos. Muchos de estos procesos son inespecíficos, ineficaces, caros y en ocasiones, generan, subproductos tóxicos y contaminantes.

Gracias a las características catalíticas de las enzimas y al progresivo desarrollo de la biotecnología enzimática, muchos de sus conocimientos y herramientas, comienzan a aplicarse en la industria papelera. La utilización de enzimas como las lacasas o las xilanasas, han incrementado la sostenibilidad de muchos de los procesos de producción industrial del papel.

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO INDUSTRIAL

El proceso completo desde la tala de los árboles hasta la producción de papel, implica múltiples pasos, variados y diferentes entre sí.

Los diferentes papeles obtenidos tienen diferentes composiciones que dependen de sus diferentes tratamientos. En general, se persigue que la madera recolectada y virutada, rica en celulosa (50%), hemicelulosas (25%) y lignina (25%), se refine y modifique de forma que generemos un producto final más enriquecido en fibras de celulosa, y con diferentes propiedades, dependiendo de lo que busquemos.

Clásicamente, una vez recolectados, los troncos de madera, deben  ser descortezados y astillados, en un proceso de trituración termo-mecánica que genera como resultado la viruta de madera. Esta viruta debe ser descortezada y sus fibras pueden ser modificadas. El mecanismo es variado, dependiendo de nuestras pretensiones, pero obtenemos finalmente un virutado virgen de madera que, a través de un proceso químico o mecánico se transforma en una pasta o pulpa de celulosa o papelera (pulpaje).

En el pulpaje mecánico, las fibras se separan triturando el virutado virgen. Aunque el proceso es muy ineficaz, el papel obtenido por este tratamiento tiende a ser débil y a decolorarse fácilmente cuando se expone a la luz (debido a la acumulación de residuos lignina). A pesar de estas características, esta pasta tiene la fuerza suficiente para entretener a unos 1700 millones de lectores de periódicos en todo el mundo todos los días.

En el pulpaje químico, el virutado virgen o el papel reciclado (previamente destintado y desfibrado) se somete a una cocción a temperatura y presión altas, con hidróxido sódico (NaOH) y sulfuro de sodio (Na₂S), solución denominada licor blanco. La pulpa se lava con agua para eliminar las impurezas y restos (lodos, agramizas y resinas).

Posteriormente, y opcionalmente, se somete la pasta a un tratamiento de blanqueo. En general, se persigue eliminar la lignina y blanquear el papel.  Para ello la pasta papelera se trata con productos químicos como dióxido de cloro (ClO₂), peróxido de hidrógeno (H₂O₂),  gas cloro (Cl₂), hipoclorito de sodio (lejía, NaClO) u ozono (O₃). El cloro es el mejor compuesto químico para el blanqueo, pero tiene problemas ambientales extremadamente graves por la formación de compuestos organoclorados, tóxicos para los seres vivos.

Finalmente, las pasta se prensa, se comercializa y se distribuye. El resto de residuos generados como lodos, agramizas y resinas, así como los subproductos químicos se eliminan de la maquinaria de producción, incinerándolos o desechandolos. 

APLICACIÓN DE LAS ENZIMAS

Gracias a sus características bioquímicas, las enzimas, pueden mejorar el proceso de producción de papel. La biotecnología enzimática puede incrementar la sostenibilidad del proceso; esto implicaría mejoras de producción a nivel económico y medioambiental, con la consecuente mejora social.

La biotecnología aplicada a la industria papelera busca mejorar el proceso de obtención de papel tanto, a partir, de los diferentes tipos de pastas vírgenes, como a partir de papel reciclado.  Así las diferentes fábricas de producción de papel han comenzado a interesarse por  la utilización de las enzimas y de la biotecnología en los diferentes pasos que conforman el proceso de producción.

Así, la biotecnología, ha intentado modificar genéticamente los árboles destinados a la producción de papel. Se han realizado intentos para cambiar la estructura química de sus fibras, generando “fibras a medida” mucho más manipulables que las originales. Mejorar en este primer punto sería una auténtica revolución para conseguir la simplificación general del proceso de producción y la disminución de los contaminantes derivados del mismo. Sin embargo, los resultados en este punto no han sido efectivos, de forma que la industria se ha centrado en la mejora de los pasos individuales del proceso de producción. En este sentido, la biotecnología enzimática, ha conseguido mejoras sustanciales en diferentes pasos del proceso. Así, se utilizan enzimas durante el blanqueo (bleaching) y/o el refuerzo del blanqueo (bleach boosting), en la eliminación de residuos y en el procedimiento del destintado.

Los fabricantes de enzimas esperan que, en el futuro, las enzimas sean capaces de remplazar totalmente a los productos químicos en la elaboración de papel.