En los últimos años la industria de la moda ha virado notablemente hacia el concepto de fast-fashion, es decir, al concepto de “moda rápida”. Este término se refiere a los grandes volúmenes de ropa producidos por la industria de la moda, en función de las tendencias que contribuye a poner en el mercado millones de prendas y fomentar en los consumidores una sustitución acelerada de su inventario personal. Esto ha provocado que se introduzcan al mercado colecciones de ropa durante lapsos breves, siguiendo el modelo de producción con materiales de baja calidad que asegure un coste bajo en las empresas productoras a pesar de que esto repercute en una disminución de la durabilidad de las prendas.
En las últimas dos décadas, la producción global de fibras casi se ha duplicado, pasando de 58 millones de toneladas en el año 2000 a 116 millones de toneladas en 2022, y se espera que alcance las 147 millones de toneladas en 2030 si las cosas continúan como hasta ahora. En Europa, un estudio realizado recientemente por McKinsey, estima que cada persona de media genera más de 15 kg de residuos textiles, siendo la ropa y textiles de hogar la mayor fuente de residuos textiles descartados, alcanzando alrededor del 85% del total.
A pesar del elevado volumen de producción y la generación de residuos asociados, la tasa de reciclaje de este sector es mucho más baja que la de otros. Según un estudio realizado por EURATEX en 2022 sobre la gestión de los residuos textiles después de su uso, se encontró que solo el 33% de estos residuos se recogen de manera selectiva en Europa. El 67% restante termina en vertederos en varias partes del mundo o se incinera. Del material recogido, el 60% se clasifica y se vende en tiendas de segunda mano, mientras que el 40% restante se destina al proceso de reciclaje.
En este contexto, es evidente la necesidad de mejorar la gestión de este residuo, incluyendo la innovación en las tecnologías de reciclado. Una de las principales dificultades radica en la compleja estructura y la combinación de materiales que se encuentran en los productos textiles. Una gran cantidad de textiles están compuestos por capas de diferentes tejidos y a menudo contienen materiales sintéticos como el poliéster y el nylon, junto con fibras naturales como el algodón. Esta diversidad dificulta su gestión y reciclado, lo que conduce a una menor tasa de reciclaje y una mayor cantidad de residuos textiles enviados a vertederos o incineradoras. Además, la falta de tecnologías y métodos estandarizados para el reciclaje de residuos textiles multicapa agrava aún más este problema, subrayando la necesidad de investigación y desarrollo en esta área para promover prácticas más sostenibles en la industria textil.
AIMPLAS apuesta por el desarrollo de técnicas de valorización innovadoras para abordar la complejidad de estos residuos. Así pues, dentro de las técnicas exploradas podemos diferenciar entre: técnicas de delaminación o técnicas de despolimerización. Dentro del segundo grupo encontraremos a su vez las tecnologías de reciclado químico y enzimático.
Técnicas de delaminación para el reciclaje de textiles multicapa
El reciclado físico es una técnica que se basa en procesos de disolución y precipitación con el objetivo de separar y purificar los diferentes polímeros que conforman un residuo multicapa o una mezcla de residuos de diferente composición.
Esta técnica consiste en la disolución selectiva de un polímero en un determinado disolvente con el objetivo de aislarlo y separarlo de posibles contaminantes, aditivos u otros materiales presentes en la muestra. Una vez disuelto, se separa del resto de materia para precipitarlo empleando otro disolvente (o anti-disolvente). Se conoce con el término anti-disolvente a aquellos disolventes en los que una sustancia no es soluble. De esta forma, cuando esta sustancia se encuentra en disolución y se añade el anti-disolvente en exceso, se produce la precipitación de la sustancia, pudiendo recuperarla mediante métodos de separación físicos como la filtración, decantación o centrifugación.
En muchas ocasiones, estas tecnologías también pueden ser aplicadas para la extracción del adhesivo que mantiene unidos los materiales de tejidos o productos multicapa. Para ello, es necesario conocer la composición de estos adhesivos para tratar de seleccionar un disolvente selectivo que sea capaz de disolver al adhesivo sin afectar químicamente al resto de materiales. La extracción selectiva del adhesivo provoca la delaminación del tejido y la separación física de los materiales, que posteriormente son sometidos a procesos de separación mecánica para la obtención de flujos limpios y monomateriales.
La correcta selección del disolvente no es el único parámetro clave a lo largo del proceso de delaminación por disolución. En este tipo de procedimiento, la relación entre la cantidad de solvente y de material, la temperatura y el tiempo del proceso también juegan un papel importante para determinan la viabilidad y el rendimiento del proceso. La selección de los disolventes se basará en los siguientes criterios: eficiencia, toxicidad y coste. Los disolventes y anti-disolventes empleados deberán ser capaces de disolver y precipitar el polímero, respectivamente, por lo que se tendrán en cuenta los parámetros de solubilidad.
Desde AIMPLAS, se investigan y desarrollan metodologías de reciclado físico para la delaminación de productos multicapa no solo en el sector textil, sino también en el sector del packaging y la construcción.
Técnicas de despolimerización de textiles multicapa
Las técnicas de despolimerización han sido ampliamente empleadas en el sector plástico para tratar residuos de difícil reciclado, principalmente compuestos por varios materiales en los que un reciclaje convencional, por triturado y extrusión, aportaría productos de baja calidad. Las técnicas de despolimerización se caracterizan por la ruptura de la cadena polimérica, que es reducida a sus unidades monoméricas más simples. Posteriormente, estos componentes fundamentales son separados y purificados para ser empleados en un nuevo proceso de polimerización, obteniendo materiales reciclados con las mismas características que un polímero virgen.
Esta técnica se diferencia de la anterior en que, en las técnicas de delaminación, la cadena polimérica se mantiene, es decir, no hay rotura de cadena ni liberación de unidades monoméricas. En este sentido, la degradación o pérdida de propiedades que haya sufrido el material con el paso del tiempo se mantiene. Mientras que, con las técnicas de despolimerización, se permite una repolimerización de novo, obtenido un material reciclado con las mismas propiedades que un material virgen. El uso de una técnica u otra dependerá de la situación y el material en particular, siendo la mejor opción en muchos casos una combinación de ambas.
En función del agente empleado para la ruptura de la cadena, se puede distinguir entre: solvólisis, cuando el agente empleado es un disolvente; o reciclado enzimático, cuando el agente empleado es una enzima.
Técnicas de solvólisis para el reciclado de residuos textiles
Se conoce como solvólisis a los procesos de reciclado donde se emplea un disolvente orgánico o inorgánico para provocar la ruptura de la cadena polimérica con el objetivo de recuperar los monómeros de partida. Estos procesos requieren, generalmente, de la presencia de catalizadores y suelen realizarse bajo condiciones de temperatura, presión y tiempo controladas. Los monómeros obtenidos de estos procesos necesitan ser purificados para alcanzar calidades suficientes para emplearlos como precursores para la síntesis de nuevos polímeros. Las temperaturas que normalmente oscilan entre los 90°C y 200°C y suelen tomar tiempos de reacción de entre los 20 minutos hasta las 4 horas de proceso, generalmente. Los catalizadores empleados pueden ser de tipo homogéneo o heterogéneo, siendo estos últimos de mayor preferencia debido a la posibilidad de ser recuperados y reutilizados tras el proceso.
AIMPLAS ha desarrollado tecnologías de solvólisis para tejidos multifibra donde los procesos han sido dirigidos selectivamente hacia la despolimerización de una de ellas. En concreto, en la imagen se muestran tejidos de poliéster y algodón donde se despolimerizan selectivamente las fibras de poliéster mediante procesos de solvólisis, empleando glicoles como disolvente. Tras el proceso se obtiene como resultado el monómero de partida, Bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate, BHET, que se muestra antes de los procesos de purificación. Además, dada la selectividad del proceso, el algodón queda químicamente inalterado pudiéndose valorizar de forma separada.
Este mismo proceso puede verse aplicado a tejidos multicapa, donde la despolimerización de una de las capas del tejido permite la separación del resto de materiales. De esta forma, la solvólisis se presenta como otro método prometedor para alcanzar la deslaminación de tejidos multicapa.
Técnicas de reciclado enzimático para el reciclado de residuos textiles
En los últimos años, el uso de enzimas en los procesos de reciclaje ha despertado interés por diversas razones. Su naturaleza biológica permite que los procesos de hidrólisis se lleven a cabo bajo condiciones mucho más suaves, en medios acuosos y con temperaturas que rara vez superan los 50ºC. Estos hechos la sitúan como la técnica de despolimerización con menor impacto ambiental.
Cabe destacar que no todos los polímeros son procesables mediante esta técnica, pues la capacidad de las enzimas para escindir los polímeros depende en gran medida del tipo de enlace que los conforma. Así pues, los polímeros compuestos por enlaces fácilmente hidrolizables, como los enlaces de tipo éster, serán los que aporten mejor resultados a esta técnica.
Como se ha mencionado anteriormente, la mayoría de las prendas compuestas por varios materiales están conformadas por mezclas de poliéster o nylon con fibras naturales, como el algodón, representando la combinación perfecta para un proceso de hidrólisis enzimática.
En este sentido, el proceso se puede abordar de varias formas:
Hidrólisis de las fibras naturales
Cuando la prenda está compuesta por una combinación de polímeros sintéticos (como el poliéster o el nylon), con fibras naturales (como el algodón), la opción más sencilla reside en atacar la estructura del algodón.
El algodón, o celulosa, es un biopolímero compuesto por unidades de β-glucosa unidas por enlaces β-1,4-O-glucosídicos. Este tipo de enlace está ampliamente extendido en la naturaleza, siendo la celulosa el biopolímero más abundante de la tierra. Por lo tanto y como cabría esperar, son numerosos los microorganismos que han desarrollado enzimas con capacidad para escindir los enlaces de este polímero y poder acceder a las moléculas de glucosa que lo conforman.
Hasta el momento, se han identificado 5 tipos de enzimas con actividad celulolítica, conocidas comúnmente como celulasas, que son diferenciadas según el tipo de rección que catalizan, pudiendo diferenciar entre: endocelulasas, exocelulasas, celobiasas, celulasas oxidativas y celulasas fosforiladas. Cada una de ellas actúa sobre un proceso concreto y por ello,
normalmente, es necesaria una combinación de varias de ellas para lograr una hidrólisis completa del algodón[1],[2],[3].
Dada la alta especificidad que presentan las enzimas por sus sustratos, estas moléculas pueden ser empleadas para hidrolizar los materiales de algodón en un tejido multicapa, dejando el resto de los polímeros intactos. De esta forma se logra obtener dos corrientes puras: una sólida, compuesta por el polímero que no ha sido hidrolizado y que puede ser valorizado de diferentes formas; y una líquida, compuesta por una suspensión de los monómeros de glucosa en medio acuoso.
Esta suspensión rica en azúcares puede ser empleada como fuente de carbono en una fermentación para obtener productos de alto valor añadido, como el ácido láctico. El ácido láctico podrá ser posteriormente empleado en un proceso de polimerización para obtener PLA, polímero biodegradable con una amplia aplicabilidad.
Hidrólisis de las fibras de poliéster
Cuando en el textil no hay fibras naturales, si no una mezcla de poliéster con otros materiales sintéticos, la hidrólisis enzimática se centra en la despolimerización del poliéster, dejando el resto de materiales intactos para ser recuperados.
En este caso el proceso es algo más complejo que el anterior, puesto que, pese a que son abundantes las enzimas con capacidad para hidrolizar polímeros naturales, no lo son tanto las que tienen capacidad para degradar polímeros sintéticos, como el poliéster. En este caso las estructuras son más estables y los enlaces más energéticos, dificultando la acción enzimática.
No obstante, son varios los géneros bacterianos y las enzimas que se han identificado con actividad hidrolítica contra diferentes poliésteres sintéticos, como el PUR o el PET. Hasta el momento, se ha descrito actividad hidrolítica de poliéster para miembros de las familias cutinasa, lipasa y esterasa, siendo la cutinasa la que presenta una mayor actividad enzimática.
Así pues, estas enzimas pueden ser empleadas para descomponer selectivamente los tejidos de poliéster, pudiendo recuperar posteriormente los monómeros y emplearlos para la producción de materiales reciclados en un proceso de repolimerización.
Para el caso de los poliésteres resulta fundamental tener en cuenta las propiedades fisicoquímicas del polímero a degradar, en este sentido, factores como la cristalinidad o el tamaño de partícula resultaran condicionantes para asegurar el éxito del reciclado enzimático.
Caso de éxito de AIMPLAS
Un ejemplo que engloba varias de estas técnicas es el proyecto RECIMAP, que tiene como objetivo la valorización de residuos textiles de poliéster y algodón. AIMPLAS participa en esta iniciativa, respaldada por la Agència Valenciana de la Innovació (AVI) y financiada por la Unión Europea en el marco del programa Comunitat Valenciana FEDER para el periodo 2021-2027.
Este proyecto estratégico, que pretende impulsar la economía circular en el sector textil, combina técnicas de delaminación y de despolimerización enzimática para obtener productos reciclados de alto valor añadido. Así pues, en una primera fase tiene lugar una separación selectiva de las mezclas de algodón y poliéster mediante el uso de líquidos iónicos. Una vez separados, los materiales son reciclados de forma independiente.
Las fibras de poliéster se reciclan utilizando técnicas de reciclado químico y termomecánico, mientras que la fracción de algodón se utiliza mediante un proceso de fermentación para la producción de ácido láctico, que posteriormente es polimerizado a PLA.
En conclusión, la industria textil requiere de innovaciones en las tecnologías de reciclaje para abordar la diversidad y complejidad de estos materiales. Es por ello por lo que AIMPLAS está liderando investigaciones en técnicas avanzadas, como la delaminación y despolimerización, para separar y valorizar los componentes de los textiles. Las técnicas de reciclado químico y enzimático emergen como prometedoras ya que ofrecen una solución para el reciclado de materiales complejos como los textiles multicapa. Este enfoque estratégico es crucial para avanzar hacia una economía circular en el sector textil.
Mireia Fernandez Bazán y Belén Taroncher Ruiz, investigadoras en Biotecnología y Reciclado Químico en AIMPLAS
