DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA
ALTERNATIVA PARA EL APROVECHAMIENTO DE CELULOSA DE LOS RESIDUOS DE MADERA GENERADOS EN CONSTRUCCION Y DEMOLICION MEDIANTE PROCESOS DE BIODEGRADACION.
Lizeth Lorena1 Castiblanco Amaya1
La celulosa contenida en los residuos de madera se puede aprovechar en la industria del papel por medio de la biodegradación de lignina a través del hongo Pleurotus ostreatus, evaluando sus condiciones de crecimiento y adaptación a diferentes medios.
¿Qué son los residuos de construcción y demolición?
Los residuos de construcción y demolición (RCDs) son materiales de desecho, generados en las actividades de construcción, demolición y reforma, de edificaciones, obras civiles y espacios públicos. Estos son considerados inertes (no peligrosos) y poseen alta susceptibilidad de ser aprovechados mediante transformación y reincorporación como materia prima de agregados en la fabricación de nuevos productos. Estos se encuentran constituidos principalmente por:
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Hormigón y escombro limpio
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Ladrillos, cerámicos, tejas
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Madera
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Metal
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Vidrio
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Plástico
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Papel y cartón
La madera está formada por diversos tipos de células que forman tejidos que sirven para realizar funciones fundamentales como conducir la savia, transformar, almacenar alimentos y por último formar su estructura. De acuerdo con Francisco Paz en su artículo “Determinación de la composición química de la madera obtenida del primer clareo en arboles de Melina de una plantación proveniente del departamento de Izabal, Guatemala publicado en 2008, los principales elementos químicos presentes en la madera son carbono, oxígeno e hidrógeno existiendo pequeñas cantidades de nitrógeno. Estos hacen parte de los compuestos que constituyen sustancialmente la madera los cuales son: celulosa (50 a 60%), hemicelulosa (20 a 25%), lignina (25 a 30%) y un (5%) de sustancias extraíbles.
Aprovechamiento de los residuos de madera
Según Ascensión Sanz Tejedor, en su artículo Tecnología de la Celulosa en la Industria Papelera publicado en 2020, en el proceso de transformación de la celulosa para la producción de papel los residuos de lignina generan procesos de oxidación causando un color amarillo en los productos finales, lo que hace incluir dentro del proceso una etapa adicional de blanqueo en la cual se invierten insumos y gastos energéticos para su transformación en papel blanco. Teniendo en cuenta que la madera está compuesta principalmente por lignina y celulosa, se evalúo la degradación de la lignina mediante la acción del hongo Pleurotus ostreatus.
Así mismo, se puede lograr el aprovechamiento de la celulosa contenida en los residuos generados en el sector de construcción y demolición, en la producción de biocombustibles, nanocristales, fibras de celulosa y ladrillos de celulosa.
¿Cómo actúan los hongos en el proceso de biodegradación de la madera?
Los hongos son los principales agentes de la descomposición de materia orgánica. Pueden degradar moléculas como la celulosa, la hemicelulosa, las pectinas, el almidón y la lignina por medio de su metabolismo.
Con el fin de reducir la cantidad de residuos de madera del sector de construcción y demolición se estudió la posibilidad de degradación de la lignina utilizando el hongo Pleurotus ostreatus. Este hongo sintetiza la enzima ligninasa a partir de la presencia de un cosustrato como lo es la cebada perlada y arroz.
Distribución de las muestras de madera
Se realizo la selección de la madera proveniente de los RCDs separándola en cuatro tipos, de acuerdo con su apariencia física: madera limpia, madera con cemento, madera con pintura y madera mezclada con el fin de evaluar la variación de lignina y celulosa y así determinar cuáles pueden brindar una mayor cantidad de celulosa. A la madera previamente seleccionada se le retiro el material metálico como puntillas y alambres, con el fin de realizar una disminución en su tamaño de partícula. Los troncos de madera se llevaron a una maquina triturada para obtener astillas, luego se obtuvo aserrín y por último este se pasa por tamiz 40 para obtener un tamaño de partícula más fino.
Crecimiento del hongo y uso del cosustrato
Para lograr el crecimiento P.ostreatus fue necesario un ambiente de absoluta asepsia, en el cual primero se cortó una pequeña parte de la colonia del hongo y se colocó en el medio de cultivo agar papa - dextrosa (PDA) y se dejo crecer a una temperatura entre 20-30ºC por 15 días en la oscuridad. En la imagen 1 se muestra el crecimiento del hongo después de 6 días de incubación donde se observa su expansión en la caja de Petri, como una nube blanca sobre el medio de cultivo.
Imagen 1. Lizeth Castiblanco. Replica hongo Pleurotus ostreatus en agar PDA.
Después de los 15 días de incubación se realizó un inóculo del hongo pasando el contenido de la caja de petri a una bolsa que contenia 40 g cebada perlada (cosustrato) previamente lavada y esterilizada para la generación de enzimas ligninasas. El óptimo crecimiento del hongo se evidencio a partir del cuarto día, como se muestra en la imagen 2.
Imagen 2. Lizeth Castiblanco. Crecimiento de hongo en cebada perlada (4 días)
Biodegradación de la lignina
Para hacer el aprovechamiento de los residuos se realizo la biodegradación de la lignina presente en estos por medio de Pleurotus ostreatus. Para esto se llevó el inoculo del hongo a bolsas que contenian 40 g de madera. Se realizaron 12 cultivos diferentes utilizando los cuatro tipos de madera seleccionados y tres tamaños de partículas para un total de 12 cultivos y una repetición por cada uno, obteniendo una cantidad de hongo apreciable en un tiempo de dos meses a temperatura ambiente, en el cuadro 1 se muestran las imágenes del crecimiento del hongo en cada uno de los residuos de madera.
Cuadro 1. Resultados del crecimiento del hongo en los diferentes tipos de madera al cabo de dos meses.
Determinación de contenido de lignina y celulosa
La determinación de lignina y celulosa en los residuos de madera se realizó antes de realizar el proceso de biodegradación y al termino de dos meses de encontrarse la madera con el hongo.
Estos polímeros se cuantificaron por medio de la norma TAPPI T222 os-74 para lignina insoluble en ácido y la modificación del método NERL para lignina soluble en ácido y para la celulosa se desarrolló el método modificado de Kurschner y Hoffer.
¿Qué muestran los resultados?
A partir de la técnica visual se seleccionaron las bolsas de madera que presentaran crecimiento del hongo y ausencia de contaminación para continuar con el proceso de caracterización de los residuos de madera biodegradados como se muestra el cuadro 1, para las cuales se analizó que en el tipo de madera en ASTILLA la degradación de lignina es muy similar (alrededor de 5.5 % de perdida) y los porcentajes de reducción de celulosa son mínimos (alrededor del 3%). En los otros casos la degradación de lignina es mayor y así mismo la celulosa se consume en mayor proporción siendo poco eficiente el proceso por esta perdida cerca del 7%. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Resultado de evaluación de contenido de celulosa y lignina al inicio de la investigación y al transcurrir dos meses
El porcentaje de celulosa y lignina obtenido mediante la biodegradación de madera en residuos de construcción y demolición por medio del hongo P.ostreatus en la madera tipo astilla con residuos de cemento fue de 83% y 23% respectivamente, para lo cual se encontró que está brindo un importante avance en la investigación siendo relevante su uso en la industria del papel y específicamente en la fabricación de papel para impresión.
Por último, para poder continuar con este tipo de investigaciones me permito considerar a futuro el uso y comparación de otros hongos ligninolíticos como Phanerochaete chrysosporium o Phanerochaete sórdida pueden brindar resultados diferentes y se puede eliminar el proceso de separación de las maderas de este tipo de sectores.
Documentos de interés
PAZ, Francisco (2008). DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MADERA OBTENIDA DEL PRIMER CLAREO EN ARBOLES DE MELINA (GMELINA ARBÓREA ROXB) DE UNA PLANTACIÓN PROVENIENTE DEL DEPARTAMENTO DE IZABAL, pagina 2. Adaptado de: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_1090_Q.pdf
MOSQUERA, Ketty (2009). RESISTENCIA NATURAL DE GUADUA ANGUSTIFOLIA KUNTH. AL ATAQUE DE HONGOS LIGNINOLITICOS COMO ALTERNATIVA HACIA NUEVAS POSIBILIDADES DE USO, pagina 20. Adaptado de: https://repository.javeriana.edu.co/handle/10554/653
HERNADEZ, Ricardo A (2010). EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO Y PRODUCCIÓN DE PLEUROTUS OSTREATUS SOBRE DIFERENTES RESIDUOS AGROINDUSTRIALES DEL DEPARTAMENTO DE CUNDIMANARCA. Trabajo de Grado Microbiologo Industrial. Bogota D.C: Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ciencias. Página 14-22. Adaptado de: https://revistas.javeriana.edu.co/index.php/scientarium/article/view/1417
MARTINEZ, Carlos (2009). GESTIÓN DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN (RCDS): IMPORTANCIA DE LA RECOGIDA PARA OPTIMIZAR SU POSTERIOR VALORIZACIÓN. CONGRESO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE. Pagina 8. Adaptado de: http://www.conama9.conama.org/conama9/download/files/CTs/2633_CMartinez.pdf
Filiación institucional del autor
Lizeth Lorena Castiblanco Amaya; Ingeniero Químico, Investigadora, semillero Terranova, Centro de Gestión Industrial CGI, SENA. llcastiblanco5@misena.edu.co