Biorrefinerías para producir biogás y otros bioproductos

Descubre cómo las biorrefinerías transforman la biomasa en biogás y bioproductos de valor añadido, impulsando la economía circular.

La tendencia a consumir los recursos naturales por encima de las capacidades no es algo nuevo. De hecho, desde la década de los 70 se ha acelerado, llegando al punto de agotar los recursos naturales disponibles en el planeta para un año.

Esta tendencia insostenible debe cambiar para dar paso a una economía circular, baja en carbono que nos permita revertir esta situación y, además, contribuir a la lucha contra el cambio climático.

En este contexto es donde surgen las biorrefinerías como una solución innovadora, clave para la circularidad, que permiten la optimización de los recursos y el consumo energético. 

Unas instalaciones capaces de convertir la biomasa y los residuos orgánicos en una amplia gama de biocombustibles y bioproductos de valor añadido, cerrando el ciclo de la materia orgánica.

Al integrar procesos biológicos y tecnológicos avanzados, las biorrefinerías ofrecen una solución prometedora para producir energía renovable, como el biogás, y productos sostenibles, contribuyendo así a la economía circular, a la reducción de las emisiones de carbono y a la independencia energética.

 

El papel de las biorrefinerías en la economía circular y la sostenibilidad

Al procesar diferentes tipos de biomasa, incluyendo desechos agrícolas, ganaderos, forestales, residuos municipales e industriales, estas instalaciones minimizan el impacto ambiental y promueven el uso eficiente de los recursos, obteniéndose por un lado energía renovable y, por otro lado, un amplio abanico de bioproductos, desde materiales hasta nuevos productos químicos o incluso alimentos.

Esto supone un aprovechamiento de los recursos mucho más eficiente, acorde con los principios de economía circular, y la reducción de las emisiones de carbono y otros compuestos contaminantes o peligrosos.

Además, las biorrefinerías tienen el potencial de impulsar la economía local, generar empleo y fomentar el desarrollo de tecnologías verdes, posicionándose como pilares de una sociedad más sostenible y resiliente.

 

Cómo se produce el biogás y otros productos en las biorrefinerías

En las biorrefinerías tienen lugar diferentes bioprocesos que permiten aprovechar la biomasa.

Uno de estos bioprocesos es la digestión anaerobia, mediante la cual se obtiene el biogás, una mezcla de metano y dióxido de carbono, junto con otros gases en menor proporción.

Este biogás puede ser utilizado como fuente de energía renovable o valorizarse mediante otros bioprocesos que utilizan el metano y el dióxido de carbono como materia prima.

En estos bioprocesos intervienen unos microorganismos, los metanotrofos, que darán lugar a productos de valor añadido específico, dependiendo de sus capacidades metabólicas y de las estrategias de ingeniería aplicada.

Del mismo modo, los digestatos generados como subproductos en la producción de biogás, también pueden ser aprovechados como biofertilizantes o enmiendas orgánicas, cerrando el ciclo de materiales y maximizando la sostenibilidad del proceso.

Atendiendo a la valorización del metano contenido en el biogás, estos son alguno de los bioproductos que se pueden obtener:

• Biopolímeros o polihidroxialcanoatos (PHAs): una alternativa más sostenible a los análogos petroquímicos convencionales (polietileno, polipropileno).
• Ectoína: un aminoácido cíclico que estabiliza eficazmente a enzimas, ácidos nucleicos y complejos ADN-proteína. Se trata de un producto de alto valor para la industria farmacéutica, siendo la cosmética su principal área de aplicación.
• Compuestos antibacterianos: producidos por algunos cultivos metanotróficos (como Methylocystis minimus y Methylobacter luteus), con un alto potencial para luchar frente a la resistencia a los antibióticos.
• Proteína unicelular microbiana (Single Cell protein, SCP): producto de interés en el mercado de la acuicultura, maricultura y la alimentación animal.

Y a partir del dióxido de carbono, se pueden obtener:

• Biocombustibles: biodiesel y bioetanol, como sustitutos del diésel y la gasolina, respectivamente.
• Alcoholes: metanol, etanol, propanol y butanol. Estos tienen diversas aplicaciones industriales y como biocombustible.
• Ácidos orgánicos: como el ácido acético, láctico y propiónico que tienen aplicaciones en las industrias alimentaria, química y farmacéutica.

 

CHEERS, un ejemplo de biorrefinería

CHEERS es un proyecto europeo innovador que muestra el potencial de las biorrefinerías para contribuir a la sostenibilidad y la economía circular.

El objetivo del proyecto es revalorizar las corrientes secundarias infrautilizadas o de desechos de la industria cervecera (bagazo, aguas residuales, dióxido de carbono y metano) para su bioconversión en productos innovadores competitivos a nivel de mercado.

Para ello, el proyecto está desarrollando una planta piloto que consta de dos plataformas, una microbiana y otra de insectos, donde tendrán lugar nuevos bioprocesos y/o innovadores biofermentadores combinados para la valorización de la levadura y el bagazo de cerveza, el metano y el dióxido de carbono:

• Conversión de levadura y bagazo de cerveza a proteína en base a insectos como ingrediente de bebidas proteicas.
• Conversión de dióxido de carbono a ácido caproico como ingrediente alimentario para animales.
• Conversión de dióxido de carbono a desinfectante a base de cloro.
• Conversión de metano a ectoína como ingrediente en productos de la industria cosmética.
• Conversión de metano a proteína unicelular microbiana (SCP) como ingrediente de piensos para mascotas.

Las cinco cadenas de valor resultantes se validarán a escala de demostración en una cervecera industrial. Se estima que, en cada cadena de valor, se alcanzará una reducción mínima del 45% de la huella de carbono.

El proyecto, que comenzó en septiembre de 2022, tiene prevista una duración de cuatro años y cuenta con la colaboración de un total de 11 socios de 5 países europeos, entre ellos Genia Bioenergy, bajo la coordinación de la cervecera española Mahou San Miguel.

Con el desarrollo de esta tecnología se pretende ser un punto de partida para que otras industrias fermentativas puedan mejorar la eficiencia en el uso de materias primas, la sostenibilidad y su competitividad general.

El proyecto CHEERS es un ejemplo que contribuirá al desarrollo de biorrefinería zero waste, en línea con el Pacto Verde Europeo, el Plan de Acción de Economía Circular y la Estrategia de Bioeconomía.

 

Principales desafíos para las biorrefinerías

Aunque las biorrefinerías ofrecen numerosas ventajas, enfrentan desafíos significativos que aún frenan su expansión y adopción a gran escala:

• Cuestiones logísticas: La distancia desde el punto de producción de residuos hasta la nueva instalación de la biorrefinería es crucial para la viabilidad del proyecto. Es importante minimizar esta distancia para hacer la operación rentable y sostenible.

• Huella de carbono de los bioproductos: Es esencial que los bioproductos sean sostenibles. Esto implica reducir la huella de carbono asociada al transporte de residuos y a la producción de bioproductos para garantizar su viabilidad ambiental.
• Funcionalidad de los productos: Los productos finales de las biorrefinerías deben tener las mismas propiedades que sus análogos tradicionales, especialmente en aplicaciones sensibles como los plásticos para contacto con alimentos. La ubicación y el tipo de biorrefinería (por ejemplo, lignocelulósica o de aceites vegetales) determinan los productos obtenidos y sus posibles aplicaciones.
• Integración tecnológica y cooperación intersectorial: Aunque la tecnología necesaria para las biorrefinerías está avanzada, es crucial implicar a todos los agentes y crear sinergias entre industrias (química, energética, forestal, agroalimentaria, etc.) para integrar los desarrollos y avanzar.
• Barreras económicas: La falta de inversión es un desafío significativo. Es necesario demostrar a escala industrial que los procesos desarrollados en laboratorio son viables continuamente y económicamente rentables. La recuperación de costos es fundamental para la rentabilidad.

Abordar estos desafíos con estrategias efectivas y el apoyo adecuado de políticas públicas, inversiones y colaboración entre diferentes sectores puede acelerar la adopción y expansión de las biorrefinerías.

Al hacerlo, no solo se contribuirá a un mejor aprovechamiento de los recursos y la mitigación del impacto del cambio climático y la degradación ambiental, sino que también se impulsará la creación de empleo, el desarrollo tecnológico y la competitividad económica, marcando el camino hacia un futuro más verde y resiliente.

Las biorrefinerías, por tanto, constituyen una oportunidad para avanzar hacia una economía más sostenible y circular, ofreciendo soluciones innovadoras para la producción de biogás y otros bioproductos de valor añadido.