Biorrefinerías: la oportunidad para la innovación en el sector forestal

Escribe la Dra. María Cristina Area. Investigadora Principal del CONICET; Directora del Instituto de Materiales de Misiones (Universidad Nacional de Misiones – CONICET); Directora del Programa de Celulosa y Papel y Directora de la Maestría en Ciencia y Tecnología de los Materiales Fibrosos (Universidad Nacional de Misiones). Es también Profesora Titular en la Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales de la Universidad Nacional de Misiones, en asignaturas de su especialidad. 

  Foto de portada: Nanocelulosa de aserrín de pino.

 

ARGENTINA (Abril de 2021).- El desarrollo sostenible es el objetivo común de los conceptos actuales de bioeconomía y economía circular. En este sentido, las plataformas de biorrefinería son un factor estratégico para incrementar la proporción de la bioeconomía en el equilibrio económico. Las biorrefinerías involucran el uso integral de la biomasa disponible, incluidos los residuos, de bajo costo y alta disponibilidad. Esta materia prima renovable para la producción de materiales, químicos y energía, genera una base sustentable que puede dar impulso a las economías regionales.

Biorrefinerías

La industria de productos forestales ha sido, históricamente una industria conservadora, presentando una lenta modificación en los mercados y características de la demanda. Para movilizarse necesita implementar innovaciones de productos, procesos, configuración organizativa y modelos de negocio. Para ello se están incorporando nuevos eslabones en la cadena de valor, entre los cuales las biorrefinerías aparecen como casos exitosos para el cumplimiento de esa modernización.

A diferencia de las biorrefinerías de primera generación, cuyas materias primas son carbohidratos de fácil acceso (básicamente granos o caña de azúcar), las biorrefinerías de plataforma química y bioquímica de materias primas lignocelulósicas (segunda generación) se basan en procesos de fraccionamiento que permiten la separación y el aprovechamiento integral de sus diferentes componentes químicos: celulosa, hemicelulosas, lignina y eventualmente extractivos e inorgánicos.

Son estructuras que integran procesos de producción generando bioproductos (polímeros, químicos de plataforma), biomateriales (plásticos, textiles, materiales compuestos) y biocombustibles (como etanol o biogás). El concepto es análogo al de refinerías de petróleo pero se basa en el uso de recursos renovables.

Un análisis rápido de las posibles ganancias económicas que pueden obtenerse a partir de la biomasa indica que su uso directo para producir energía implica el menor valor, seguida de otros biocombustibles considerados commodities. Si se producen polímeros se duplica ese valor y la producción de materiales compuestos puede triplicarlo. El mayor valor corresponde a la fabricación de productos farmacéuticos, cosméticos y alimenticios.

Biorrefinerías y desarrollo sostenible

La biorrefinería forestal se enmarca en los principios del Desarrollo Sostenible. La base es la sostenibilidad de la materia prima y el procesamiento primario de la madera. A partir de ello, valoriza la materia prima generando productos tradicionales y una gama de productos de alto valor agregado mediante procesos amigables con el ambiente.

Desde el punto de vista económico, las biorrefinerías ofrecen nuevos productos a base de madera con nuevos mercados potenciales y, mayor atracción para posibles inversores. Sin embargo, es imprescindible el desarrollo de procesos que permitan que los costos de producción sean más bajos que los de derivados del petróleo y que aseguren una menor toxicidad en los productos de cuidado personal o envases de alimentos.

También podrían ser ambientalmente beneficiosas, por la reducción del impacto de la materia prima en el ciclo de vida de los bioproductos. Asimismo, de acuerdo con las características deseadas del producto, pueden diseñarse para ser reciclables y biodegradables.

Desde el punto de vista social, las biorrefinerías de pequeña escala son más accesibles a inversiones locales y puede alentar la inversión en recursos nacionales. Además, aumentan el valor de la biomasa y puede fortalecer las economías rurales.

Nanofibrilar (CNF) pulpa marrón.

Productos innovadores

Se presenta a continuación una pequeña muestra de los múltiples ejemplos de productos innovadores de alto valor que pueden obtenerse a partir de los diferentes componentes de la madera en el marco de una industria forestal integrada. 

  • Celulosa

La celulosa compone el 40-50% de la madera. Está formada por polímeros lineales de unidades de glucosa que se organizan formando una estructura cristalina. Es fuente de múltiples productos con innumerables aplicaciones.

Los bioplásticos se encuentran entre los productos más interesantes que pueden obtenerse a partir de la biomasa lignocelulósica. Por ejemplo, a partir del ácido láctico, se obtiene ácido poliláctico (PLA), que tiene múltiples usos, como films, resina termoplástica para extrusión y termoconformado, fibras textiles para prendas de vestir, tapicería, pañales, telas resistentes a la radiación UV para el uso exterior (toldos, cubiertas), implantes y suturas, entre otros.

  • Corbion, Uniper, RWE y Autoridad Portuaria en Roterdam están instalando una biorrefinería para transformar biomasa leñosa en etanol, bioplásticos (PLA), calor y electricidad. https://www.portofrotterdam.com/en/news-and-press-releases/joining-forces-for-a-biorefinery-in-rotterdam

 

El ácido levulínico fue reconocido por el Departamento de Energía de USA como uno de los 12 productos químicos de base biológica del futuro. Entre sus aplicaciones se encuentran, entre otros, la fabricación de plásticos, productos fitosanitarios, abonos, aditivos para la alimentación y para combustibles, disolventes y polioles para espumas de poliuretano, reemplazo de plastificantes para la fabricación de PVC.

  • GFBiochemicals (Milán) en Caserta, Italia, montó una planta demostrativa de ácido levulínico a gran escala en 2008 y una planta comercial en 2015 con una capacidad de 2.000 TM / año, con escalado hasta 8.000 TM / año en 2017.http://www.gfbiochemicals.com/company/

 

La celulosa microfibrilar (MFC), nanofibrilar (CNF) y nanocristalina (CNC) son productos sumamente interesantes con aplicaciones múltiples, como refuerzo de materiales, espesantes, fibras textiles, suturas quirúrgicas y refuerzo de regeneración del tejido dañado o implantes, pantallas de cristal líquido (LCD), películas ópticas, materiales compuestos y espumas, ingeniería de tejidos, recubrimientos resistentes a la grasa, electrodos de celdas de combustible, material antimicrobiano, mejoras de cemento, membranas y filtros. Para ser utilizados en medicina y cosmética, los biomateriales deben ser compatibles con los tejidos del cuerpo, evitando cualquier rechazo por parte del sistema y deben ser atóxicos.

  • GrowDex®- el hidrogel natural para cultivo celular 3D. El gel se puede utilizar, entre otros, para el cultivo de células 3D, en medicina personalizada, en medicina regenerativa, en modelos de órganos, en estudios de liberación de fármacos. https://www.upmbiomedicals.com/for-life-science/growdex-hydrogels/growdex/
  • La Máscara de Nanohidratación para la piel es una máscara de ojos avanzada que brinda una hidratación intensa directamente a la piel (la nanocelulosa retiene grandes cantidades de agua), transfiere humedad a la piel y la enfría. También puede contener otros ingredientes que son transferidos profundamente a la piel brindando mejores resultados. https://deleoncosmetics.com/nanohydration
  • Cellufoam ™ es un material de espuma ligero a base de fibras para embalajes protectores y acolchados, diseñado para reemplazar al polietileno expandido (EPE) y el poliestireno expandido (EPS). Puede usarse para equipos deportivos, aislamiento térmico en envíos y como medio de crecimiento en agricultura sin suelo, entre otros. Producto de una instalación piloto de StoraEnso en ForsMill, Suecia, Cellufoam ™ ganó el premio “Innovación en fibra de celulosa del año 2021” en la Segunda Conferencia Internacional sobre Fibras de Celulosa (2-3 de febrero de 2021). https://www.paperadvance.com/news/international-news/cellulose-foam-by-stora-enso-wins-%E2%80%9Ccellulose-fibre-innovation-of-the-year%E2%80%9D.html

 

  • Hemicelulosas

Las hemicelulosas pueden constituir 15-35% de la madera dependiendo de la especie. Son polisacáridos (polímeros naturales de diferentes azúcares) de estructura amorfa, por lo cual son más reactivos que los otros componentes mayoritarios.

  • Se utilizaron hemicelulosas como sustrato de fermentación de bacterias lácticas para la producción de cerveza sour con un mejor control del proceso. De esta forma se redujo el tiempo de fermentación de 1-3 años a 4 semanas. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.9b05459
  • Las hemicelulosas tienen capacidad prebiótica Los prebióticos son ingredientes alimentarios no digeribles por el huésped que pueden cambiar la composición de la microbiota intestinal y las actividades metabólicas, beneficiando su salud. https://foodpharmacy.se/2021/01/got-wood

 

  • Lignina

La lignina constituye un 20-35% de la madera. A diferencia de la celulosa y hemicelulosas, la lignina no está formada por azúcares, sino que es un polímero amorfo muy complejo de polifenoles, lo que le brinda características particulares de gran interés. Tiene múltiples usos tal cual como se extrae de la madera, los que dependen del proceso de extracción. También puede ser procesada, aumentando el valor de los productos finales.

  • Innventia AB, Suecia, desarrolló una fibra de carbono basada 100% en lignina, a partir de lignina con alto nivel de pureza. Es mucho más competitiva en costos que su alternativa fósil y cubrirá parcialmente la enorme demanda del mercado de materiales fuertes y livianos de la industria automotriz y muchas otras. https://www.yumpu.com/en/document/view/28522404/unfold-the-future-2050-roadmap-to-a-low-cepi-confederation-of-

 

  • Extractivos

Los extractivos varían en cantidad (1-10%) y composición química dependiendo de la especie. Son compuestos de gran interés, con aplicaciones interesantes para diferentes usos.

  • En Montinutra, Startup de Metsä Spring, han desarrollado los productos SprucegumTM y Qusitol® a partir de los extractivos del aserrín de abeto. Sprucegum ™ tiene potencial para el cuidado personal, cosméticos y alimentos como ingrediente emulsionante y estabilizador. Qusitol® ha demostrado ser beneficioso para la salud por su potencial para el tratamiento de los síntomas del tracto urinario inferior (STUI).                  https://www.metsagroup.com/en/media/all-news/Pages/News.aspx?EncryptedId=A8F20886B40A57FB&Title=MetsaSpringinvestsinMontinutra,astartupthatcommercialiseswoodextract

 

  • Fibras

UPM en Finlandia desarrolló el concepto Biofore concept car. Es un transporte sostenible, más ligero, con una fracción significativa de madera termoformable, etiquetas autoadhesivas a base de papel y biocomposites en lugar de los tradicionales de base fósil. Su combustible es BioVerno diésel de madera. Se trata de un diésel renovable de alta calidad hecho en una biorrefinería de residuos del proceso de fabricación de pulpa celulósica, totalmente compatible con los motores a diésel. No compite con el sector alimentario ni crea presión adicional sobre la tierra. https://www.yumpu.com/en/document/view/28522404/unfold-the-future-2050-roadmap-to-a-low-cepi-confederation-of-

 

Perspectivas en el país

La integración de nuevos eslabones a la cadena de valor de la industria forestales fundamental para mantener la competitividad de las empresas del sector, ya que brinda una posibilidad única para mejorar su balance económico, disminuir la dependencia de las commodities y contar con productos de alto valor agregado para reducir las importaciones y aumentar las exportaciones.

Los recursos lignocelulósicos son una fuente importante de productos valiosos, pero requiere la implementación de procesos de vanguardia para ser utilizado en todo su potencial.

Argentina presenta un importante potencial para la implementación de biorrefinerías a partir de residuos de la industrialización primaria de la madera. Sin embargo, los conceptos de Bioeconomía y Economía circular no se encuentran tan arraigados en la industria nacional como en otros países de cultura forestal.

Esto, sumado a la falta de apoyo estatal específico (por ejemplo, del tipo ProBiomasa), hace que la evolución hacia la instalación de biorrefinerías sea lenta.

No obstante, existen en el país varios grupos de investigación de diferentes organismos trabajando en procesos de biorrefinería de segunda generación, que, de darse las condiciones, podrían concretar sus aportes en este sentido.

Un ejemplo es el Programa de Celulosa y Papel del Instituto de Materiales de Misiones (UNaM-CONICET) se está estudiando el uso de aserrines de pino y eucaliptus (entre otros) para producir varios productos de base renovable, entre otros, nanocelulosa, bioplásticos, nanografeno, materiales compuestos, adhesivos y recubrimientos innovadores.

 

 

Este artículo forma parte del espacio mensual de la REDFOR.ar, en ArgentinaForestal.com, que busca divulgar y generar debate sobre la problemática forestal del país. Las opiniones pertenecen a los autores.

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