De la aspiración a la rentabilidad: producción de bioquímicos por biorrefinado
23 Nov 2020
El biorrefinado es un pilar fundamental de la creciente bioeconomía e implica convertir la biomasa en diversos productos y componentes de base biológica para su uso en distintos sectores, incluida la industria química. Al aprovechar los recursos renovables, la industria, incluido el creciente segmento de productos químicos basados en la biotecnología, está reduciendo su huella de CO2 mediante el desarrollo de nuevas innovaciones que necesitan menos materias primas fósiles.
Mediante el biorrefinado, la biomasa se convierte en productos y componentes valiosos, que se utilizan ampliamente hoy en día en la industria alimentaria, de piensos, bioenergética y química. Las materias primas más comunes de las que se deriva la biomasa, son:
- plantas
- microorganismos
- residuos orgánicos
- hongos
Debido a que estas materias primas son regenerativas, lo que significa que se reponen con relativa rapidez, normalmente entran en la categoría de recursos renovables. La materia prima de primera generación incluye los azúcares y los aceites vegetales que se encuentran en los cultivos, como la caña de azúcar, el maíz o la colza (es decir, semillas de colza). El desvío de estos recursos de cultivo para usos distintos a la producción de alimentos es ampliamente debatido. Por este motivo, hay una demanda y una presión crecientes sobre los fabricantes para que utilicen materias primas de segunda generación, como las corrientes de desechos de la producción de alimentos, la industria maderera, la biomasa lignocelulósica o los cultivos leñosos, los residuos o desechos agrícolas, o los cultivos energéticos no alimentarios que se cultivan en tierras marginales no aptas para la producción de alimentos.
El proceso de la biorrefinería
El proceso de biorrefinería incluye fases aguas arriba y de pretratamiento, una etapa de fermentación y procesos posteriores para aislar mecánica o térmicamente los aceites, grasas, lignocelulosa, proteínas, almidones y azúcares, para su uso en alimentos, piensos, biocombustibles, bioplásticos y como componentes básicos de productos químicos y bioquímicos. La producción de bloques químicos de construcción requiere el fraccionamiento de las materias primas en productos intermedios, como los carbohidratos, diversas proteínas o triglicéridos, que luego se convierten en productos químicos convencionales y finos de base biológica con valor añadido.
El biorrefinado implica el procesado de diversos recursos de biomasa para aislar componentes y productos químicos clave para su uso en diversas industrias, reduciendo la huella de CO2 de la industria y la dependencia de las materias primas fósiles.
La bioeconomía: ¿Dónde nos encontramos ahora?
En el pasado, la búsqueda de una bioeconomía se consideraba un punto de referencia y una aspiración para el sector agrícola. Sin embargo, hoy en día su importancia se entiende de manera mucho más holística, y se reconoce ampliamente que una economía basada en el uso sostenible de los recursos biológicos renovables, que incluye los desechos, es la estrategia necesaria para todos los sectores. Por consiguiente, la industria, con sus múltiples aplicaciones, está sometida a una presión extrema para mejorar la sostenibilidad de sus procesos y productos, que crea tanto para los consumidores como para los mercados B2B. Por lo tanto, el biorrefinado, incluida la producción de productos químicos de base biológica a partir de recursos renovables, desempeña un papel importante.
Tradicionalmente, casi todos los productos químicos básicos se han producido a partir de petróleo, o combustible fósil líquido, formando los bloques de construcción en los plásticos, colorantes, fertilizantes, y muchos otros tipos de productos de los que hemos dependido durante décadas. La aplicación de la bioeconomía mediante productos químicos de base biológica o "biotecnología blanca" requiere esfuerzos e inversiones empresariales, que se ven muy afectados por el bajo precio del petróleo. Esta tendencia crea barreras para el desarrollo de modelos escalables para el uso de materias primas renovables, lo que afecta a los precios y la competitividad. Asimismo, muchos inversores quieren ver pruebas de concepto así como plantas de demostración para demostrar la escalabilidad.
Los reglamentos, aunque son valiosos e importantes para proteger a los consumidores, también pueden hacer que la obtención de las aprobaciones gubernamentales –especialmente cuando se trata de alimentos o ingredientes nuevos– sea difícil y costosa. Como resultado de ello, gran parte de la bioeconomía sigue siendo impulsada por subvenciones o permanece subdesarrollada. Y a pesar de la intensificación de la investigación y el desarrollo en la industria química en los últimos 10-15 años, la producción de productos químicos básicos y de plataforma hechos de materias primas renovables ha seguido siendo poco competitiva.
Dicho esto, la industria bioquímica ha encontrado maneras de superar algunos de estos desafíos formando empresas centradas en cadenas de valor selectas, llenando nichos en cosmética o productos químicos especiales y adhesivos, o desarrollando bloques de construcción que pueden ser vendidos para su uso con otros productos. En general, la sustitución de productos petroquímicos por materias primas renovables se ha vuelto rentable cuando se utiliza como base para hacer productos de mayor valor económico.
El impresionante crecimiento de este sector se vincula con varias tendencias clave:
- Mayor atención de los líderes industriales para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante economías circulares que utilizan materias primas neutras en CO2
- Mayor viabilidad comercial de los productos químicos de base biológica, algunos de los cuales ofrecen funcionalidades adicionales o un mejor rendimiento en comparación con las alternativas basadas en aceites fósiles
- Mayor independencia económica de los países tradicionales productores de petróleo y el precio del petróleo combinado con una fuerte tendencia a la "energía verde".
Credenciales de biorrefinería y contribución a la bioeconomía de GEA
Las soluciones de GEA y su experiencia en biorrefinería cubren casi todos los tipos de recursos renovables y aplicaciones industriales, incluyendo la producción eficiente de biocombustibles y el procesado de residuos, y la producción de biopolímeros y bioplásticos, además de componentes e ingredientes para la industria alimentaria y de piensos animales. Nos hemos asociado con clientes y diversos consorcios para establecer y probar modelos de biorrefinería para: producir ácidos a partir de materias primas renovables para ser usados como bloques de construcción en bioplásticos, por ejemplo: aprovechamiento de microalgas para su uso en bioplaguicidas y piensos, producción de caucho extraído del diente de león, proteína de insectos, corrientes de residuos de la producción de alimentos, y mucho más. Los clientes se benefician de la red de centros de pruebas GEA con personal profesional, instalaciones de laboratorio y plantas piloto, que nos permiten apoyarlos en su progreso y hacer el cambio a la producción industrial.
La competencia y las soluciones de GEA para la industria química de base biológica abarcan aspectos de la fermentación y los principales procesos aguas abajo, entre ellos:
- separación de biomasa mediante centrifugado o filtración por membranas
- aislamiento y purificación del producto mediante destilación, cristalización de la masa fundida o filtración por membranas
- concentración por evaporación
- cristalización y secado del producto final
- concentración y secado de los subproductos
Actualmente, GEA suministra decantadores, separadoras, evaporadores y secadores de lecho fluido para las fábricas de biorrefinado de varios socios industriales clave para la producción de bioquímicos de próxima generación. Las materias primas para esta producción verde provienen principalmente de maderas sólidas de bosques gestionados de forma sostenible, residuos de madera, rastrojos y madera de haya industrial (normalmente incinerada), así como residuos de aserraderos regionales. GEA también apoya a sus clientes en la producción de bioenergía y biocombustibles, que se generan a partir de azúcares industriales y subproductos residuales.
En 2019, GEA brindó su apoyó a un líder bioquímico noruego con la instalación de una nueva planta para producir lignina, un polímero orgánico que se encuentra en árboles, plantas y algunas algas. La lignina y los ligninsulfonatos se utilizan en aditivos del hormigón, fertilizantes, aglutinantes industriales, productos químicos para campos petrolíferos y otras aplicaciones. La nueva planta llave en mano para el secado por atomización incorpora los procesos aguas abajo, e incluye un nuevo silo para alimentar los materiales en polvo almacenados al sistema de envasado y un gran depurador húmedo para eliminar la suciedad. La avanzada tecnología de los depuradores de GEA permite la recuperación de sustancias valiosas y el líquido depurador se devuelve al secador por atomización como agua de proceso, lo que aumenta el rendimiento total del producto y reduce la retirada de agua dulce.
Una empresa francesa de biotecnología, que empezó como una start-up, está escalando a la producción industrial con el soporte de GEA. Elegidos por la capacidad de nuestro centro de pruebas, nuestra amplia experiencia y nuestra reputación de confiabilidad, los ayudamos a aprovechar los residuos de la producción de remolacha azucarera para fabricar unas nuevas moléculas de alto valor añadido mediante un proceso de fermentación patentado. Estos ácidos formarán los bloques de construcción de los productos químicos utilizados en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética, química y agrícola. La nueva planta de concentración y destilación de GEA, especialmente diseñada para productos fermentados a base de celulosa, entrará en funcionamiento en 2021.
