Biorrefinerías en la Argentina y el mundo ¿mito o realidad?
La Dra. María Cristina Area (*) describe a continuación los diferentes tipos de biorrefinerías que existen y el estado actual de cada una en el mundo, con un apartado específico sobre las biorrefinerías de base forestal.. La autora del artículo es investigadora Principal del CONICET; Profesora Titular Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones (UNaM); Directora Programa de Celulosa y Papel (PROCYP); Directora Instituto de Materiales de Misiones (IMAM) UNaM-CONICET.
ARGENTINA (2/2/2022).- La palabra “Biorrefinería” como catalogación de instalaciones que integran procesos y equipamiento de conversión de biomasa para producir bioproductos, biomateriales y bioenergía se comenzó a utilizar hace menos de 20 años. Es por esto que todavía en la actualidad hay quienes se preguntan -incluyendo a miembros del ambiente científico- si las biorrefinerías existen, son una expresión de deseo, o un producto de la imaginación de investigadores delirantes.
Se considera que la industria de la Celulosa y el ¨Papel es el primer sistema de biorrefinería industrial, ya que mediante diferentes procesos pueden producirse co-productos, como talloil, colofonia, vainillina, ligninas técnicas, entre otros.
Hace más de 100 años se producía bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica a nivel industrial, a partir de hemicelulosas de abeto, en simultáneo con la producción de pulpa celulósica al sulfito ácido (planta de Skutskär en Suecia, 1909). Las hexosas se fermentaban a etanol usando levadura de panadería (Saccharomycescereviciae). Existieron en total 33 plantas de etanol al sulfito en Suecia (actualmente queda solo Domsjö) y 17 plantas en Finlandia (desde 1927 hasta 1990)[i].
Muchas de estas plantas dejaron de funcionar debido a la falta de competitividad en relación con los productos que se obtienen a partir del petróleo. Sin embargo, los beneficios de los productos biobasados (de base “bio”) se están redescubriendo y priorizando sobre los derivados del petróleo, debido al carácter no renovable y más contaminante de la base fósil.
Con el objetivo de aclarar este error conceptual, se describen a continuación los diferentes tipos de biorrefinerías y el estado actual de cada una en el mundo, con un apartado específico sobre las biorrefinerías de base forestal.
Fuentes
No se puede hablar de “la biorrefinería” porque existen diferentes tipos de biorrefinerías.
En sentido amplio, dependiendo del tipo de producto principal, las biorrefinerías pueden clasificarse en: (1) enfocadas en la generación de combustibles y energía; (2) impulsadas por la producción de productos químicos y materiales de base biológica; (3) instalaciones tradicionales de procesamiento de biomasa (por ejemplo, fábricas de pulpa y papel); (4) elaboración de productos químicos y materiales en base a carbono reciclado y CO2; (5) co-procesamiento de productos químicos y materiales en instalaciones existentes.
La presente nota sintetiza los resultados de un estudio, muy reciente y de libre acceso, realizado por especialistas de la Unión Europea[ii]. Se trata de una base de datos que abarca las biorrefinerías de tipo (2) y parcialmente (5) mencionadas anteriormente. Las biorrefinerías relevadas se definieron como aquellas que producen productos químicos y materiales de base biológica como productos principales, pudiendo generar bioenergía como producto secundario (electricidad, calor/frío, biocombustibles). Se excluyeron las tradicionales, como las fábricas de pulpa y el papel, madera y energía.
La base de datos solo incluye plantas comerciales y de demostración (se excluyeron las plantas piloto). Contiene información sobre ubicación, materia prima, plataformas, procesos de conversión y productos de 298 biorrefinerías productoras de materiales y químicos en la UE y de 110 biorrefinerías fuera de la UE.
Se puede acceder al contenido de la base de datos a través de dos páginas web, una dedicada a los países de la UE y la otra a 10 países seleccionados que no pertenecen a la UE (Australia, Canadá, Japón, Estados Unidos, Brasil, China, India, Tailandia, Noruega y Reino Unido):
https://datam.jrc.ec.europa.eu/datam/mashup/CHEMICAL_BIOREFINERIES_EU/index.html
https://datam.jrc.ec.europa.eu/datam/mashup/CHEMICAL_BIOREFINERIES_NON_EU/index.html
Las biorrefinerías
Una subclasificación divide a la biorrefinerías en cuatro elementos estructurales: materias primas, procesos de conversión, plataformas y productos.
Las materias primas pueden ser biomasasagrícolas, forestales, marinas, entre otras. Los procesos de conversión incluyen el fraccionamiento y las técnicas de separación y purificación. Las plataformas son productos intermedios que sirven de nexo de unión entre las materias primas y los productos finales comercializables. Los productos incluyen bioproductosy biomateriales de alto valor agregado y commodities, además de energía y otros.
La síntesis de cada uno se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1: Subdivisión de las biorrefinerías por categorías.
Rutas de las biorrefinerías
Las rutas de biorrefinería son los atributos que mejor sintetizansus cadenas de valor. Las clases de A-D representan las vías que están disponibles comercialmente (Tabla 2), mientras que las E-K son plantas demostrativas que aún no han alcanzado una escala comercial (Tabla 3).
Tabla 2: Rutas maduras de biorrefinerías de diferentes plataformas (escala comercial y demostrativa)
La materia prima agrícola es la más utilizada en la UE, principalmente en Francia, Alemania, Países Bajos y Bélgica. Las basadas en residuos se concentran principalmente en Alemania, Francia y Países Bajos. La mayoría de las biorrefinerías fuera de la UE utilizan materia prima agrícola en forma de cultivos de azúcar (42), cultivos de almidón (37), cultivos oleaginosos (8) y cultivos lignocelulósicos (2).
En el caso de la distribución de las biorrefinerías por clase de producto(una instalación puede producir más de un producto), en la UE la gran mayoría de biorrefinerías químicas se encuentran en Francia, Alemania y los Países Bajos, mientras que las de producción de materiales y compuestos están ubicadas en Francia, Alemania y Finlandia.
Entre los productos químicos se producen mayormente: bloques de construcción, polímeros, surfactantes, recubrimientos de pinturas, resinas, lubricantes, colorantes, solventes y aditivos.La casi totalidad (94,5 %) de las biorrefinerías comerciales fuera de la UE es impulsada por la fabricación de productos químicos y materiales.
Las biorrefinerías más frecuentes en la UE corresponden a la ruta C “plataforma (aceite) que utiliza cultivos oleaginosos, desechos y residuos oleaginosos”, concentradas geográficamente en Bélgica, los Países Bajos, Alemania y Francia.
La mayor parte de las 110 biorrefinerías fuera de la UE (41,8 %)pertenecen a la ruta A “Biorrefinería de una plataforma (azúcares C6) que utiliza cultivos de azúcar”.
La proporción de biomasa secundaria enla UE es de 22,7 %, superior a las de los otros países seleccionados (15,8 %).
Con respecto al único país sudamericano relevado, Brasil cuenta con 11biorrefinerías de productos químicos. Entre ellas, 9 utilizan materia prima agrícola (7 de ruta “A”: cultivos de azúcar y 2 de ruta “B” cultivos de almidón) y 2 usan “otros residuos orgánicos”.
En estas biorrefinerías se producen(tener en cuenta que hay instalaciones multiproducto) : aditivos (1), productos de alimentación animal (2), bloques de construcción (2), productos cosméticos (2), fibras (1), víveres (1), lubricantes (3), nutracéuticos (1), productos farmacéuticos (2), polímeros (4), resinas (1) y tensioactivos (3).
Biorrefinerías de base forestal
El segundo tipo de ruta más frecuente en la UE es el D “Biorrefinerías de dos plataformas (pulpa y licor residual) que utiliza biomasa leñosa”. Las biorrefinerías de base forestal se encuentran sobre todo en Finlandia y Suecia, aunque también hay en Alemania, Francia y Austria.
Existen en la UE 52 biorrefinerías que utilizan madera (lignocelulosa) como materia prima y 39 que usan residuos de silvicultura. En cuanto a los productos de estas últimas (residuos lignocelulósicos de madera), 17 plantas producen polímeros, 13 fibras, 12 bloques de construcción, 9 composites, 7 calor, 7 energía, 6 productos farmacéuticos, 6 resinas y 5 combustibles.
Los procesos de conversión asociados con la materia prima forestal son: mecánicos (21), químicos (17), bioquímicos (16), termoquímicos (2) y “otros” (28).
En los países seleccionados fuera de la UE, el número de biorrefinerías que utilizan materia prima forestal es muy pequeño (15en total). La proporción es grande en Japón (44 %), Canadá (57 %), Reino Unido (75 %) y Noruega (100 %).
La gran mayoría (70,4%) pertenecea la ruta D “Biorrefinería de dos plataformas (pulpa y licor gastado) utilizando biomasa leñosa” (10) y a la ruta en desarrollo E “Biorrefinería de tres plataformas (azúcares C5, azúcares C6 y lignina) que utiliza biomasa lignocelulósica” (2).
La gran mayoría de estas biorrefinerías genera lignina y fibras como productos intermedios (30,3% y 28,6% respectivamente).
En biorrefinerías impulsadas por materiales y químicos que utilizan la madera como materia prima, los procesos de conversión son bioquímicos (60), químicos (18), mecánicos (5)y “otros” (19).
Los productos de las10 instalaciones de la ruta D (pulpa y licor gastado) son principalmente fibras (7), mientras que las 2 de ruta E (azúcares C5, azúcares C6 y lignina) producen nutracéuticos (2) y farmacéuticos (2), seguidos por sabores y fragancias, alimentos, combustibles y solventes (1 de c/u).
El uso de biomasa secundaria (residuos) es mucho mayor para las biorrefinerías que utilizan materia prima forestal (39,6%) que para las que utilizan materia prima agrícola (7,1%).
La única biorrefinería de base forestal de Brasil (Suzano, que produce lignina Kraft) no figura en esta base de datos dado que, como se mencionó, no se relevaron plantas piloto ni instalaciones cuyo principal producto es el papel.
Desde 1996 un grupo de científicos de la provincia de Misiones trabaja en la obtención y el aprovechamiento de los subproductos derivados de la madera a través de la biorrefinería. Actualmente, el Programa de Celulosa y Papel (PROCYP) del Instituto de Materiales de Misiones (IMAM, CONICET–UNaM), es uno de los únicos en Argentina que está orientado a esta rama de la investigación de la industria forestal.
Conclusiones finales
Las biorrefinerías existen, son una realidad concreta y constituyen una estrategia clave de la economía circular, mediante la producción de materiales de “base bio” (libres de fósiles) para lograr el cierre del ciclo de la biomasa como materias prima.
La transición hacia la bioeconomía es el catalizador del cambio hacia un futuro climáticamente neutro. Es importante establecer acciones para fortalecer y ampliar los sectores de base biológica y desbloquear inversiones y mercados.
Hay varios grupos en Argentina trabajando activamente en propiciar estos desarrollos a partir de diferentes materias primas y es importante que los decisores políticos los tengan en cuenta al momento de pensar en la formulación de políticas y tomar decisiones basadas en evidencias para el desarrollo de la bioeconomía.
En Misiones, el Programa de Celulosa y Papel (PROCYP), está dedicado a la docencia, investigación, extensión y vinculación tecnológica referida a las industrias químicas de la biomasa, siendo origen de diferentes proyectos de investigación y de todas las actividades docentes de pregrado, grado y postgrado de la UNaM en el tema, así como de los servicios en el área.
Tiene 40 años de existencia y desde hace más de una década trabaja con la finalidad de fortalecer las capacidades de las empresas dedicadas al procesamiento de la biomasa forestal, a través de la valorización de los residuos de la foresto-industria como materia prima para la elaboración de biomateriales y bioproductos que impliquen innovaciones significativas de procesos y productos a nivel regional y nacional.