La bioeconomía , bioeconomía o biotecnología es una actividad económica que implica el uso de biotecnología y biomasa en la producción de bienes, servicios o energía. Los términos son ampliamente utilizados por agencias de desarrollo regional, organizaciones nacionales e internacionales y empresas de biotecnología. Están estrechamente vinculados a la evolución de la industria biotecnológica y a la capacidad de estudiar, comprender y manipular material genético que ha sido posible gracias a la investigación científica y al desarrollo tecnológico. Esto incluye la aplicación de los avances científicos y tecnológicos a las industrias agrícola, sanitaria, química y energética. [1] [2]
Los términos bioeconomía (BE) y bioeconomía (BBE) a veces se utilizan indistintamente. Sin embargo, vale la pena distinguirlas: la bioeconomía tiene en cuenta la producción de bienes no alimentarios, mientras que la bioeconomía cubre tanto la bioeconomía como la producción y el uso de alimentos y piensos. [3] Más de 60 países y regiones tienen estrategias relacionadas con la bioeconomía o las biociencias, de los cuales 20 han publicado estrategias específicas de bioeconomía en África, Asia, Europa, Oceanía y las Américas. [4]
La bioeconomía tiene una gran variedad de definiciones. La bioeconomía comprende aquellas partes de la economía que utilizan recursos biológicos renovables de la tierra y el mar –como cultivos, bosques, peces, animales y microorganismos– para producir alimentos, salud, materiales, productos, textiles y energía. [5] [6] Sin embargo, las definiciones y el uso varían entre las diferentes áreas del mundo. [7]
Un aspecto importante de la bioeconomía es comprender los mecanismos y procesos a nivel genético, molecular y genómico , y aplicar este conocimiento para crear o mejorar procesos industriales, desarrollar nuevos productos y servicios y producir nueva energía. La bioeconomía tiene como objetivo reducir nuestra dependencia de los recursos naturales fósiles, prevenir la pérdida de biodiversidad y crear nuevo crecimiento económico y empleos que estén en línea con los principios del desarrollo sostenible . [8]
El término 'biotecnología' fue utilizado por Juan Enríquez y Rodrigo Martínez en el Seminario de Genómica en la reunión de la AAAS de 1997 . Un extracto de este artículo fue publicado en Science ." [9]
En 2010 se definió en el informe "La bioeconomía basada en el conocimiento (KBBE) en Europa: logros y desafíos" de Albrecht & al. de la siguiente manera: La bioeconomía es la producción y conversión sostenible de biomasa, para una variedad de alimentos, salud, fibras y productos industriales y energía, donde la biomasa renovable abarca cualquier material biológico que se utilice como materia prima ”. [5]
Según un estudio de 2013, "la bioeconomía puede definirse como una economía en la que los componentes básicos de materiales, productos químicos y energía se derivan de recursos biológicos renovables". [10]
La Primera Cumbre Mundial de Bioeconomía celebrada en Berlín en noviembre de 2015 define la bioeconomía como "la producción y utilización de recursos biológicos, procesos y principios biológicos basados en el conocimiento para proporcionar bienes y servicios de forma sostenible en todos los sectores económicos". Según la cumbre, la bioeconomía involucra tres elementos: biomasa renovable, tecnologías habilitantes y convergentes, e integración entre aplicaciones relacionadas con la producción primaria (es decir, todos los recursos naturales vivos), la salud (es decir, productos farmacéuticos y dispositivos médicos) y la industria (es decir, productos químicos, plásticos, enzimas, pulpa y papel, bioenergía). [11]
El documento de trabajo de Enríquez y Martínez de 2002 de la Escuela de Negocios de Harvard, "Biotechonomy 1.0: A Rough Map of Biodata Flow", mostró el flujo global de material genético dentro y fuera de las tres bases de datos genéticas públicas más grandes: GenBank , EMBL y DDBJ . Luego, los autores formularon hipótesis sobre el impacto económico que esos flujos de datos podrían tener en la creación de patentes, la evolución de las nuevas empresas de biotecnología y las tarifas de licencia. [12] Una adaptación de este artículo se publicó en la revista Wired en 2003. [13]
El término "bioeconomía" se hizo popular desde mediados de la década de 2000 con su adopción por parte de la Unión Europea y la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos como una agenda y marco de políticas para promover el uso de la biotecnología para desarrollar nuevos productos, mercados y usos de la biotecnología. biomasa. [14] Desde entonces, tanto la UE (2012) como la OCDE (2006) han creado estrategias específicas de bioeconomía, al igual que un número cada vez mayor de países en todo el mundo. [15] A menudo estas estrategias combinan la bioeconomía con el término "bioeconomía". Por ejemplo, desde 2005 los Países Bajos han tratado de promover la creación de una economía de base biológica. [16] Se han iniciado plantas piloto, es decir, en Lelystad (Zeafuels), y existe una organización centralizada (programa interdepartamental de economía de base biológica), con investigaciones de apoyo (Food & Biobased Research). [17] Otros países europeos también han desarrollado e implementado estrategias y marcos de políticas de bioeconomía o de bioeconomía. [10]
En 2012, el presidente Barack Obama de Estados Unidos anunció sus intenciones de fomentar los métodos de fabricación biológica, con un Plan Nacional de Bioeconomía. [18]
El crecimiento de la población mundial y el consumo excesivo de muchos recursos están provocando una presión ambiental y un cambio climático cada vez mayores. La bioeconomía aborda estos desafíos. Su objetivo es garantizar la seguridad alimentaria y promover un uso más sostenible de los recursos naturales, así como reducir la dependencia de recursos no renovables, por ejemplo, recursos naturales fósiles y minerales. En cierta medida, la bioeconomía también ayuda a la economía a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y ayuda a mitigar el cambio climático y adaptarse a él. [19]
Para la producción de catálisis enzimática se utilizan organismos, desde bacterias hasta levaduras y plantas. Se han utilizado bacterias genéticamente modificadas para producir insulina y el ácido artemisínico se produjo en levaduras genéticamente modificadas . Algunos bioplásticos (a base de polihidroxibutirato o polihidroxilacanoatos) se producen a partir de azúcar utilizando microbios modificados genéticamente. [20]
Los organismos genéticamente modificados también se utilizan para la producción de biocombustibles . Los biocombustibles son un tipo de combustible neutro en carbono .
También se están realizando investigaciones sobre la fijación de CO 2 mediante una vía metabólica sintética. Al modificar genéticamente la bacteria E. coli para permitirle consumir CO 2 , la bacteria puede proporcionar la infraestructura para la futura producción renovable de alimentos y combustibles verdes. [21] [22]
Uno de los organismos ( Ideonella sakaiensis ) que es capaz de descomponer el PET (un plástico) en otras sustancias ha sido modificado genéticamente para descomponer el PET aún más rápido y también descomponer el PEF. Una vez que los plásticos (que normalmente no son biodegradables) se descomponen y se reciclan en otras sustancias (es decir, biomateria en el caso de las larvas de Tenebrio molitor ), se pueden utilizar como insumo para otros animales.
También se utilizan cultivos genéticamente modificados. Los cultivos energéticos genéticamente modificados , por ejemplo, pueden proporcionar algunas ventajas adicionales, como la reducción de los costos asociados (es decir, los costos durante el proceso de fabricación [23] ) y un menor uso de agua. Un ejemplo son los árboles que han sido modificados genéticamente para tener menos lignina o para expresar lignina con enlaces químicamente lábiles. [24] [25]
Sin embargo, con los cultivos genéticamente modificados todavía existen algunos desafíos (obstáculos para las aprobaciones regulatorias, la adopción en el mercado y la aceptación pública). [26]
Según la Estrategia de Bioeconomía de la Unión Europea actualizada en 2018, la bioeconomía cubre todos los sectores y sistemas que dependen de recursos biológicos (animales, plantas, microorganismos y biomasa derivada, incluidos los residuos orgánicos), sus funciones y principios. Abarca todos los sectores productivos primarios y económicos e industriales que se basan en el uso, producción o procesamiento de recursos biológicos procedentes de la agricultura , la silvicultura , la pesca y la acuicultura . Los productos de la bioeconomía suelen ser alimentos, piensos y otros productos de base biológica, bioenergía y servicios basados en recursos biológicos. La bioeconomía tiene como objetivo impulsar la sostenibilidad , la circularidad y la protección del medio ambiente y mejorará la biodiversidad . [27]
En algunas definiciones, la bioeconomía también comprende los servicios ecosistémicos que son servicios ofrecidos por el medio ambiente, incluida la retención de dióxido de carbono y las oportunidades de recreación. Otro aspecto clave de la bioeconomía es no desperdiciar los recursos naturales sino utilizarlos y reciclarlos de manera eficiente. [28]
Según el Informe de Bioeconomía de la UE de 2016, la bioeconomía reúne varios sectores de la economía que producen, procesan y reutilizan recursos biológicos renovables (agricultura, silvicultura, pesca, alimentos, productos químicos y materiales de origen biológico y bioenergía). [29]
La agricultura celular se centra en la producción de productos agrícolas a partir de cultivos celulares utilizando una combinación de biotecnología , ingeniería de tejidos , biología molecular y biología sintética para crear y diseñar nuevos métodos de producción de proteínas, grasas y tejidos que de otro modo provendrían de la agricultura tradicional. La mayor parte de la industria se centra en productos animales como carne, leche y huevos, producidos en cultivos celulares en lugar de criar y sacrificar ganado de granja, lo que se asocia con importantes problemas globales de impactos ambientales perjudiciales (por ejemplo , de la producción de carne ), bienestar animal , seguridad alimentaria y salud humana . La agricultura celular es un campo de la economía de base biológica . El concepto de agricultura celular más conocido es el de la carne cultivada . ( Articulo completo... )
Sin embargo, no todos los productos nutricionales sintéticos son productos alimenticios para animales, como carne y lácteos; por ejemplo, a partir de 2021 también hay productos de café sintético que, según se informa, están cerca de su comercialización. [30] [31] [32] Campos similares de investigación y producción basados en la agricultura de bioeconomía son:
Muchos de los alimentos producidos con herramientas y métodos de la bioeconomía pueden no estar destinados al consumo humano sino a animales no humanos, como piensos para ganado , alimentos para mascotas a base de insectos o piensos sostenibles para la acuicultura . Existen varias startups y equipos de investigación en todo el mundo que utilizan la biología sintética para crear piensos para animales. [41]
Además, los cultivos podrían modificarse genéticamente de manera que, por ejemplo, aumenten de forma segura los rendimientos, reduzcan la necesidad de pesticidas o faciliten la producción en interiores.
Un ejemplo de un producto altamente específico de la bioeconomía que está ampliamente disponible es el aceite de algas , que es un suplemento dietético que podría sustituir a los suplementos de aceite de pescado posiblemente menos sostenibles y con mayor participación de mercado . [42] [43]
La agricultura vertical es la práctica de cultivar en capas apiladas verticalmente. [44] A menudo incorpora agricultura de ambiente controlado , cuyo objetivo es optimizar el crecimiento de las plantas, y técnicas agrícolas sin suelo como hidroponía , acuaponía y aeroponía . [44] Algunas opciones comunes de estructuras para albergar sistemas agrícolas verticales incluyen edificios, contenedores de envío, túneles subterráneos y pozos de minas abandonadas.
El concepto moderno de agricultura vertical fue propuesto en 1999 por Dickson Despommier , profesor de Salud Pública y Ambiental de la Universidad de Columbia. [45] A Despommier y sus estudiantes se les ocurrió el diseño de una granja tipo rascacielos que podría alimentar a 50.000 personas. [46] Aunque el diseño aún no se ha construido, popularizó con éxito la idea de la agricultura vertical. [46] Las aplicaciones actuales de agricultura vertical, junto con otras tecnologías de vanguardia, como luces LED especializadas , han dado como resultado un rendimiento de cultivos 10 veces mayor que el que se obtendría mediante métodos agrícolas tradicionales. [47] Ha habido varios medios diferentes para implementar sistemas agrícolas verticales en comunidades como: Paignton , [48] Israel , [49] Singapur , [50] Chicago , [51] Munich , [52] Londres , [53] Japón. , [47] y Lincolnshire . [54]
La principal ventaja de utilizar tecnologías agrícolas verticales es el mayor rendimiento de los cultivos que conlleva una menor unidad de superficie requerida de tierra. [55] La mayor capacidad de cultivar una mayor variedad de cultivos a la vez porque los cultivos no comparten las mismas parcelas de tierra mientras crecen es otra ventaja buscada. Además, los cultivos son resistentes a las alteraciones climáticas debido a su ubicación en interiores, lo que significa que se pierden menos cultivos debido a fenómenos climáticos extremos o inesperados. Por último, debido a su uso limitado de la tierra, la agricultura vertical es menos perjudicial para las plantas y animales nativos, lo que lleva a una mayor conservación de la flora y la fauna locales. [56]
Las tecnologías agrícolas verticales enfrentan desafíos económicos con grandes costos iniciales en comparación con las granjas tradicionales. No pueden producir todo tipo de cultivos, pero pueden ser rentables para productos de alto valor como las verduras para ensalada. [57] Las granjas verticales también enfrentan grandes demandas de energía debido al uso de luz suplementaria como LED. Los edificios también necesitan un excelente control de la temperatura, la humedad y el suministro de agua. Además, si se utiliza energía no renovable para satisfacer estas demandas energéticas, las granjas verticales podrían producir más contaminación que las granjas o invernaderos tradicionales .
Por ejemplo, se están realizando investigaciones y desarrollo de mecanismos de alto rendimiento para interiores. [66]
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La algacultura es una forma de acuicultura que implica el cultivo de especies de algas . [75]
La mayoría de las algas que se cultivan intencionalmente entran en la categoría de microalgas (también denominadas fitoplancton , microfitas o algas planctónicas ). Las macroalgas , comúnmente conocidas como algas marinas , también tienen muchos usos comerciales e industriales, pero debido a su tamaño y a los requisitos específicos del entorno en el que necesitan crecer, no se prestan tan fácilmente al cultivo (esto puede cambiar, sin embargo, con la llegada de nuevos cultivadores de algas, que son básicamente depuradores de algas que utilizan burbujas de aire que fluyen hacia arriba en pequeños contenedores). [ cita necesaria ]
El cultivo comercial e industrial de algas tiene numerosos usos, incluida la producción de nutracéuticos como ácidos grasos omega-3 (como aceite de algas) [76] [77] [78] o colorantes y tintes alimentarios naturales , alimentos , fertilizantes , bioplásticos , materia prima química ( materia prima), alimento para animales/ acuicultura rico en proteínas, productos farmacéuticos y combustible de algas , [79] y también puede usarse como medio de control de la contaminación y secuestro natural de carbono . [80]
La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, abrumadoramente dominada por algas marinas, aumentó en volumen de 13,5 millones de toneladas en 1995 a poco más de 30 millones de toneladas en 2016. [81] Las microalgas cultivadas ya contribuyen a una amplia gama de sectores de la bioeconomía emergente. [82] Las investigaciones sugieren que el cultivo de algas tiene grandes potenciales y beneficios para el desarrollo de un futuro sistema alimentario saludable y sostenible . [74] [80]Las aplicaciones de base biológica, la investigación y el desarrollo de la gestión de residuos pueden formar parte de la bioeconomía. El reciclaje de base biológica ( desechos electrónicos , [83] reciclaje de plásticos , etc.) está vinculado a la gestión de residuos y a las normas y requisitos pertinentes de producción y productos. Parte del reciclaje de residuos puede ser biominería y parte de la biominería podría aplicarse más allá del reciclaje. [84]
Por ejemplo, en 2020, los biotecnólogos informaron sobre el refinamiento mediante ingeniería genética y la descripción mecánica de enzimas sinérgicas ( PETasa , descubierta por primera vez en 2016, y MHETasa de Ideonella sakaiensis ) para una despolimerización más rápida del PET y también del PEF, que puede ser útil para la descontaminación y el reciclaje. y reciclaje de plásticos mixtos, junto con otros enfoques. [85] [86] [87] Estos enfoques pueden ser más respetuosos con el medio ambiente y rentables que el reciclaje mecánico y químico de PET, permitiendo soluciones de bioeconomía de plástico circular a través de sistemas basados en cepas diseñadas. [88] Además, se podrían emplear microorganismos para extraer elementos útiles de las rocas basálticas mediante biolixiviación . [89] [90]
En 2020, la industria mundial de suplementos dietéticos fue valorada en 140.300 millones de dólares según un análisis de "Grand View Research". [91] Ciertas partes de la economía de la salud pueden superponerse con la bioeconomía, [92] [93] incluidos productos y actividades relacionados con el antienvejecimiento y la extensión de la vida , productos de higiene/belleza, [93] alimentos funcionales , [93] deportes. productos relacionados con el rendimiento y pruebas de base biológica (como las de la microbiota ) y bancos (como bancos de heces [94], incluidas cápsulas orales de "súper heces" [95] ) y bases de datos (principalmente bases de datos de ADN ), todos los cuales pueden a su vez utilizarse para intervenciones individualizadas , seguimiento y desarrollo de nuevos productos. El sector farmacéutico, incluida la investigación y el desarrollo de nuevos antibióticos , también puede considerarse un sector de bioeconomía.
La bioeconomía forestal se basa en los bosques y sus recursos naturales, y abarca una variedad de diferentes procesos industriales y de producción. La bioeconomía forestal incluye, por ejemplo, el procesamiento de biomasa forestal para proporcionar productos relacionados con la energía, la química o la industria alimentaria. Así, la bioeconomía forestal abarca una variedad de diferentes procesos de fabricación que se basan en material de madera y la gama de productos finales es amplia. [96]
Además de los diferentes productos derivados de la madera, la recreación, el turismo de naturaleza y la caza son una parte crucial de la bioeconomía forestal. El secuestro de carbono y los servicios ecosistémicos también se incluyen en el concepto de bioeconomía forestal. [96]
La pulpa, el papel, los materiales de embalaje y la madera aserrada son los productos tradicionales de la industria forestal . La madera también se utiliza tradicionalmente en la industria del mueble y la construcción. Pero además de esto, como recurso natural renovable, los ingredientes de la madera se pueden valorizar para convertirlos en bioproductos innovadores junto con una variedad de productos de la industria forestal convencional. Así, las fábricas tradicionales de grandes empresas forestales, por ejemplo en Finlandia, están en proceso de convertirse en biorrefinerías . En diferentes procesos, la biomasa forestal se utiliza para producir textiles, productos químicos, cosméticos, combustibles, medicinas, envases inteligentes, revestimientos, pegamentos, plásticos, alimentos y piensos. [96] [97]
La bioeconomía azul abarca empresas que se basan en el uso sostenible de recursos acuáticos renovables, así como áreas de especialización relacionadas con el agua. Cubre el desarrollo y comercialización de productos y servicios de bioeconomía azul. En ese sentido, los sectores clave incluyen actividades empresariales basadas en la experiencia y la tecnología del agua, el turismo acuático, el uso de la biomasa acuática y la cadena de valor de la pesca. Además, el valor inmaterial de los recursos naturales acuáticos también es muy elevado. Las zonas acuáticas tienen también otros valores más allá de ser plataformas de actividades económicas. Proporciona bienestar humano, recreación y salud. [98]
Según la Unión Europea, la bioeconomía azul se centra en los entornos acuáticos o marinos, especialmente en las nuevas aplicaciones de la acuicultura, incluidas las no alimentarias, alimentarias y forrajeras. [99]
En el Informe europeo sobre la estrategia de crecimiento azul: hacia un crecimiento y empleos más sostenibles en la economía azul (2017), la bioeconomía azul se define de manera diferente a la economía azul. La economía azul significa las industrias relacionadas con las actividades del medio marino, por ejemplo, la construcción naval, el transporte, el turismo costero, las energías renovables (como los molinos de viento marinos), los recursos vivos y no vivos. [100]
La bioeconomía también incluye la bioenergía , el biohidrógeno , los biocombustibles y el combustible de algas .
Según la Asociación Mundial de Bioenergía, el 17,8 % del consumo final bruto de energía se cubrió con energías renovables. Entre las fuentes de energía renovables, la bioenergía (energía procedente de fuentes biológicas) es la mayor fuente de energía renovable. En 2017, la bioenergía representó el 70% del consumo de energía renovable. [101]
El papel de la bioenergía varía en diferentes países y continentes. En África es la fuente de energía más importante con una proporción del 96%. La bioenergía tiene participaciones importantes en la producción de energía en América (59%), Asia (65%) y Europa (59%). La bioenergía se produce a partir de una gran variedad de biomasa proveniente de la silvicultura, la agricultura y los desechos y corrientes secundarias de las industrias para producir productos finales útiles (pellets, astillas de madera, bioetanol, biogás y biodiesel) para electricidad, calor y combustible para el transporte en todo el mundo. [101]
La biomasa es un recurso natural renovable pero sigue siendo un recurso limitado. A nivel mundial existen enormes recursos, pero los aspectos ambientales, sociales y económicos limitan su uso. La biomasa puede desempeñar un papel importante en las soluciones bajas en carbono en los ámbitos del suministro a los clientes, la energía, los alimentos y los piensos. En la práctica, existen muchos usos competitivos. [96]
La economía de base biológica utiliza biomasa de primera generación (cultivos), biomasa de segunda generación (refugio de cultivos) y biomasa de tercera generación (algas marinas, algas). Luego se utilizan varios métodos de procesamiento (en biorrefinerías ) para aprovechar al máximo la biomasa. Esto incluye técnicas como
La digestión anaeróbica se utiliza generalmente para producir biogás , la fermentación de azúcares produce etanol , la pirólisis se utiliza para producir aceite de pirólisis (que es biogás solidificado) y la torrefacción se utiliza para crear biomasa-carbón. [102] Luego se quema carbón de biomasa [ cita necesaria ] y biogás para producir energía, el etanol se puede utilizar como combustible (para vehículos), así como para otros fines, como productos para el cuidado de la piel . [103]
La energía de base biológica se puede utilizar para gestionar la intermitencia de energías renovables variables como la solar y la eólica.
Las astillas de madera se han utilizado tradicionalmente como combustible sólido para calefacción de espacios o en plantas de energía para generar energía eléctrica a partir de energías renovables . La principal fuente de astillas forestales en Europa y en la mayoría de los países [ ¿cuáles? ] han estado registrando residuos. Se espera que en el futuro aumente la proporción de tocones y madera en rollo. [104] A partir de 2013 [update]en la UE, las estimaciones del potencial de biomasa para energía, disponible en las condiciones actuales de 2018, incluido el uso sostenible del bosque y el suministro de madera a los sectores forestales tradicionales, son: 277 millones de m 3 , para la superficie biomasa y 585 millones de m 3 de biomasa total. [105]
Los sistemas de combustible más nuevos para calefacción utilizan astillas o pellets de madera . La ventaja de las astillas de madera es el coste, la ventaja de los pellets de madera es el valor controlado del combustible. El uso de astillas de madera en sistemas de calefacción automatizados se basa en una tecnología robusta. [104]
El tamaño de las astillas de madera, el contenido de humedad y la materia prima con la que se fabrican son especialmente importantes cuando se queman astillas de madera en plantas pequeñas. Desafortunadamente, no existen muchas normas para decidir las fracciones de astillas de madera. Sin embargo, a partir de marzo de 2018, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares aprobó la norma de calidad del combustible para calefacción con astillas de madera AD17225-4. El título completo de la norma es: ANSI/ASABE AD17225-4:2014 FEB2018 Biocombustibles sólidos—Especificaciones y clases de combustibles—Parte 4: Astillas de madera clasificadas. [106] Una categoría de chip común es el GF60, que se usa comúnmente en plantas más pequeñas, incluidas pequeñas industrias, villas y edificios de apartamentos. "GF60" se conoce como "virutas pequeñas, finas y secas". Los requisitos para GF60 son que la humedad esté entre el 10 y el 30% y las fracciones de las astillas de madera se distribuyan de la siguiente manera: 0–3,5 mm: <8%, 3,5–30 mm: <7%, 30–60 mm: 80–100 %, 60-100 mm: <3%, 100-120 mm: <2%. [104]
El contenido energético de un metro cúbico suele ser mayor que el de un metro cúbico de troncos de madera, pero puede variar mucho dependiendo de la humedad. La humedad la decide el manejo de la materia prima. Si los árboles se derriban en invierno y se dejan secar durante el verano (con té en la corteza y cubiertos para que la lluvia no los alcance), y luego se cortan en otoño, el contenido de humedad de las astillas de madera será aproximadamente 20-25%. El contenido energético, entonces, es de aproximadamente 3,5 a 4,5 kWh/kg (~150 a 250 kg/metro cúbico). [104]
Las centrales eléctricas de carbón se han convertido para funcionar con astillas de madera, lo cual es bastante sencillo de hacer, ya que ambas utilizan un motor térmico de turbina de vapor idéntico y el costo del combustible de astillas de madera es comparable al del carbón . [104]
La biomasa sólida es un combustible atractivo para abordar las preocupaciones de la crisis energética y el cambio climático , ya que el combustible es asequible, ampliamente disponible, casi neutro en carbono y, por lo tanto, neutral desde el punto de vista climático en términos de dióxido de carbono (CO 2 ), ya que en el caso ideal En este caso, sólo se libera a la atmósfera el dióxido de carbono que fue absorbido durante el crecimiento del árbol y almacenado en la madera. [104]Las astillas de madera son similares a los pellets de madera en el sentido de que el movimiento y la manipulación son más susceptibles de automatización que la leña, especialmente para sistemas más pequeños. La producción de astillas de madera es menos costosa que la de los pellets de madera, que deben procesarse en instalaciones especializadas. Si bien se evitan los costos asociados con el refinamiento, la menor densidad y el mayor contenido de humedad de las astillas de madera reducen su poder calorífico , aumentando sustancialmente la materia prima necesaria para generar una cantidad equivalente de calor. Los mayores requisitos de volumen físico también aumentan los gastos y el impacto de las emisiones del transporte, almacenamiento y/o envío de la madera.
Las astillas de madera son menos costosas que la leña porque la recolección es más rápida y está más automatizada. Las astillas de madera son más abundantes, en parte porque todas las partes de un árbol pueden ser astilladas, mientras que las ramas pequeñas pueden requerir mucho trabajo para convertirlas en leña. La madera de cordón generalmente necesita ser "curada" o "seca" antes de que pueda quemarse de manera limpia y eficiente. Por otro lado, los sistemas de astillas de madera suelen estar diseñados para quemar de forma limpia y eficiente "astillas verdes" con un contenido de humedad muy alto del 43 al 47 % (base húmeda). [107] (ver gasificación y gas de madera )Por razones económicas, el procesamiento de la biomasa se realiza según un patrón específico (proceso llamado cascada). Este patrón depende de los tipos de biomasa utilizados. El conjunto de encontrar el patrón más adecuado se conoce como biorrefinación . Una lista general muestra desde los productos con alto valor agregado y menor volumen de biomasa hasta los productos con menor valor agregado y mayor volumen de biomasa: [108]
Estudios recientes han puesto de relieve el potencial de las plantas utilizadas tradicionalmente para proporcionar productos con valor añadido en zonas remotas del mundo. Un estudio realizado sobre plantas de tabaco propuso una lista no exhaustiva de compuestos con potencial interés económico que pueden obtenerse de estas plantas. [109]
Los bioproductos o bioproductos son productos que se elaboran a partir de biomasa . El término “bioproducto” se refiere a una amplia gama de productos industriales y comerciales que se caracterizan por una variedad de propiedades, composiciones y procesos, así como diferentes beneficios y riesgos. [110]
Los productos de base biológica se desarrollan para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y los recursos no renovables. Para lograrlo, la clave es desarrollar nuevas tecnologías de biorefinación para transformar de manera sostenible los recursos naturales renovables en productos, materiales y combustibles de origen biológico, por ejemplo [111].
La biología sintética se puede utilizar para crear nanopartículas que se pueden utilizar para la administración de fármacos y para otros fines. [112] Como complemento a la investigación y el desarrollo se busca y se ha creado células sintéticas que imitan funciones de las células biológicas. Las aplicaciones incluyen medicamentos como las nanopartículas de diseño que hacen que las células sanguíneas devoren, de adentro hacia afuera, porciones de la placa aterosclerótica que causa ataques cardíacos. [113] [114] [115] Microgotas sintéticas para células de algas o reactores microbianos esferoides multicelulares sinérgicos de algas y bacterias , por ejemplo, podrían usarse para producir hidrógeno como biotecnología de economía de hidrógeno . [116] [117]
Las actividades y tecnologías para la adaptación al cambio climático de base biológica podrían considerarse parte de la bioeconomía. Los ejemplos pueden incluir:
Existe potencial para la producción biológica de materiales de construcción (aislamiento, materiales de superficie, etc.), así como de nuevos materiales en general (polímeros, plásticos, compuestos, etc.). [93] Las células microbianas fotosintéticas se han utilizado como paso para la producción sintética de seda de araña . [33] [34]
Los bioplásticos no son un solo material. Comprenden toda una familia de materiales con diferentes propiedades y aplicaciones. Según European Bioplastics, un material plástico se define como bioplástico si es plástico de base biológica , plástico biodegradable o un material con ambas propiedades. Los bioplásticos tienen las mismas propiedades que los plásticos convencionales y ofrecen ventajas adicionales, como una huella de carbono reducida u opciones adicionales de gestión de residuos, como el compostaje . [122]
Los bioplásticos se dividen en tres grupos principales: [122]
Además, nuevos materiales como PLA, PHA, celulosa o materiales a base de almidón ofrecen soluciones con funcionalidades completamente nuevas, como biodegradabilidad y compostabilidad, y en algunos casos propiedades de barrera optimizadas. Junto con el crecimiento de la variedad de materiales bioplásticos, se han mejorado significativamente propiedades como flexibilidad, durabilidad, imprimibilidad, transparencia, barrera, resistencia al calor, brillo y muchas más. [122]
Se han fabricado bioplásticos a partir de remolacha azucarera, por bacterias. [123] [124]
Los envases o componentes de plástico a veces forman parte de una solución medioambiental válida. Otras veces, son deseables alternativas al plástico a base de petróleo y gas natural.
Se han desarrollado o utilizado materiales para envases sin plástico, especialmente para casos de uso en los que los envases no se pueden eliminar progresivamente (como en el caso de políticas para los requisitos nacionales de las tiendas de comestibles) por ser necesarios para conservar productos alimenticios u otros fines.
Se desarrolló una alternativa de embalaje biodegradable al plástico a base de proteínas vegetales a partir de investigaciones sobre la seda de araña , conocida por su alta resistencia y similar a nivel molecular. [131] [132]
Los investigadores del Servicio de Investigación Agrícola están estudiando el uso de películas a base de lácteos como alternativa a los envases a base de petróleo. En lugar de estar hechas de polímeros sintéticos , estas películas a base de lácteos estarían compuestas de proteínas como la caseína y el suero , que se encuentran en la leche. Las películas serían biodegradables y ofrecerían mejores barreras al oxígeno que las películas sintéticas de base química. Es necesario realizar más investigaciones para mejorar la calidad de la barrera contra el agua de la película a base de lácteos, pero se están buscando activamente avances en envases sostenibles. [133]
La política de embalaje sostenible no puede individualizarse por un producto específico. Una legislación eficaz tendría que incluir alternativas a muchos productos, no sólo a unos pocos seleccionados; de lo contrario, los impactos positivos del embalaje sostenible no serán tan efectivos como se necesita para impulsar una reducción significativa de los embalajes de plástico. Encontrar alternativas puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la producción de embalajes no sostenibles y reducir los subproductos químicos peligrosos de las prácticas de embalaje no sostenibles. [134]
Otra alternativa a los plásticos derivados del petróleo de uso común son los plásticos de origen biológico. Los ejemplos de plásticos de base biológica incluyen biopolímeros naturales y polímeros sintetizados a partir de monómeros naturales, que pueden extraerse de plantas, animales o microorganismos. Un polímero de base biológica que se utiliza para fabricar materiales plásticos no es necesariamente compostable o biodegradable. Los biopolímeros naturales a menudo se pueden biodegradar en el entorno natural, mientras que sólo unos pocos plásticos de base biológica y monómeros pueden serlo. Los plásticos de origen biológico son una opción más sostenible en comparación con sus homólogos a base de petróleo, sin embargo, solo representan el 1% de los plásticos producidos anualmente en 2020. [135]
La industria textil , o determinadas actividades y elementos de la misma, podría considerarse un fuerte sector de la bioeconomía global. Los textiles se producen a partir de fibras naturales, fibras regeneradas y fibras sintéticas (Sinclair 2014). La industria textil de fibras naturales se basa en el algodón, el lino, el bambú, el cáñamo, la lana, la seda, la angora, el mohair y el cashmere. [136]
Las actividades relacionadas con la producción y el procesamiento de textiles que caen más claramente bajo el dominio de la bioeconomía son desarrollos como la biofabricación de materiales similares al cuero utilizando hongos, [137] [138] [139] sustitutos fúngicos del algodón, [140] y fibras renovables. de las paredes celulares de los hongos. [141]
Las fibras textiles se pueden formar en procesos químicos a partir de materiales de origen biológico. Estas fibras se denominan fibras regeneradas de origen biológico. Las fibras regeneradas más antiguas son la viscosa y el rayón, producidas en el siglo XIX. Los primeros procesos industriales utilizaban una gran cantidad de madera como materia prima, además de productos químicos nocivos y agua. Posteriormente se desarrolló el proceso de regeneración de fibras para reducir el uso de materias primas, productos químicos, agua y energía. [136]
En la década de 1990, las primeras fibras regeneradas más sostenibles, por ejemplo Lyocell, entraron en el mercado con el nombre comercial de Tencel. El proceso de producción utiliza celulosa de madera y procesa la fibra sin productos químicos nocivos. [136]
Se está desarrollando la próxima generación de fibras regeneradas. Los procesos de producción utilizan menos o ningún producto químico y el consumo de agua también se reduce. [142]
La bioeconomía se ha asociado en gran medida con visiones de "crecimiento verde". [143] Un estudio encontró que una "bioeconomía circular" puede ser "necesaria para construir un futuro carbono neutral en línea con los objetivos climáticos del Acuerdo de París ". [144] Sin embargo, a algunos les preocupa que, centrándose o basándose en el progreso tecnológico, se pueda mantener un modelo socioeconómico fundamentalmente insostenible en lugar de cambiarlo. [145] A algunos les preocupa que esto pueda no conducir a una ecologización de la economía sino a una economización de lo biológico, "los vivos" y advierten que es necesario considerar el potencial de las técnicas no biológicas para lograr una mayor sostenibilidad. [145] Un estudio encontró que la interpretación actual de la UE de la bioeconomía, a partir de 2019, es "diametralmente opuesta a la narrativa original de Baranoff y Georgescu-Roegen que nos decían que ampliar la proporción de actividades basadas en recursos renovables en la economía desacelerar el crecimiento económico y establecer límites estrictos a la expansión general de la economía". [146] Además, algunos advierten que "Silicon Valley y las corporaciones alimentarias" podrían utilizar tecnologías de bioeconomía para el lavado verde y las concentraciones monopólicas. [147] La bioeconomía, sus potenciales, nuevos modos disruptivos de producción e innovaciones pueden distraer la atención de la necesidad de cambios socioeconómicos estructurales sistémicos [148] [149] y proporcionar una falsa ilusión de utopismo/optimismo tecnocapitalista que sugiere soluciones tecnológicas [10] que pueden hacer posible sostener patrones y estructuras contemporáneos, anticipándose a los cambios estructurales.
Muchos agricultores dependen de métodos convencionales de producción de cultivos y muchos de ellos viven en economías en desarrollo. [150] La agricultura celular para productos como el café sintético podría, si el contexto socioeconómico contemporáneo (los mecanismos del sistema socioeconómico , como los incentivos y los mecanismos de distribución de recursos, como los mercados) permanece inalterado (por ejemplo, en la naturaleza, los propósitos, los alcances, los límites y los grados). ), amenazan su empleo y sus medios de vida, así como la economía y la estabilidad social de la nación respectiva. Un estudio concluyó que "dada la experiencia requerida y los altos costos de inversión de la innovación, parece poco probable que la carne cultivada beneficie inmediatamente a los pobres en los países en desarrollo" y enfatizó que la ganadería es a menudo esencial para la subsistencia de los agricultores en los países pobres. [151] Sin embargo, no sólo los países en desarrollo pueden verse afectados. [152]
A los observadores les preocupa que la bioeconomía se vuelva tan opaca y libre de responsabilidades como la industria que intenta reemplazar, es decir, el sistema alimentario actual . El temor es que sus productos principales sean carne producida en masa y de dudoso valor nutricional, vendida en los homogéneos locales de comida rápida del futuro. [147]
La comunidad médica ha advertido que las patentes genéticas pueden inhibir la práctica de la medicina y el progreso de la ciencia. [153] Esto también puede aplicarse a otras áreas donde se utilizan patentes y licencias privadas de propiedad intelectual, lo que a menudo impide por completo el uso y el desarrollo continuo de conocimientos y técnicas durante muchos años o décadas. Por otro lado, a algunos les preocupa que sin la protección de la propiedad intelectual como tipo de incentivo a la I+D, particularmente en los grados y proporciones actuales, las empresas ya no tendrían los recursos o motivos/incentivos para realizar investigaciones biotecnológicas competitivas y viables, ya que de lo contrario podrían hacerlo. no podrá generar suficientes retornos de la inversión inicial en I+D o menos retornos que otros gastos posibles. [154] " Biopiratería " se refiere a "el uso de sistemas de propiedad intelectual para legitimar la propiedad y el control exclusivos sobre los recursos biológicos y los productos biológicos que se han utilizado durante siglos en culturas no industrializadas". [155]
En lugar de conducir a la producción local de alimentos sostenibles, saludables, baratos, seguros y accesibles con poca mano de obra (después de la transferencia de conocimientos y tecnología y de una innovación oportuna y eficiente ), la bioeconomía puede conducir a la formación de monopolios agresivos y a una desigualdad exacerbada. [156] [157] [147] [ se necesitan citas adicionales ] Por ejemplo, si bien los costos de producción pueden ser mínimos, los costos, incluidos los de los medicamentos [158] , pueden ser altos.
Se ha argumentado que la inversión pública sería una herramienta que los gobiernos deberían utilizar para regular y otorgar licencias a la agricultura celular. Las empresas privadas y el capital de riesgo probablemente buscarían maximizar el valor para los inversores en lugar del bienestar social. [147] Además, se considera que la innovación radical es más arriesgada "y probablemente implica una mayor asimetría de información, de modo que los mercados financieros privados pueden gestionar de manera imperfecta estas fricciones". Los gobiernos también pueden ayudar a coordinar "ya que pueden ser necesarios varios innovadores para ampliar la frontera del conocimiento y hacer que el mercado sea rentable, pero ninguna empresa quiere hacer las primeras inversiones necesarias". Y las inversiones en los sectores relevantes parecen ser un cuello de botella que obstaculiza la transición hacia una bioeconomía. [159] Los gobiernos también podrían ayudar a los innovadores que carecen de la red "a obtener naturalmente la visibilidad y la influencia política necesarias para obtener fondos públicos" y podrían ayudar a determinar las leyes pertinentes. [160] Al establecer una infraestructura de apoyo para los ecosistemas empresariales, pueden ayudar a crear un entorno beneficioso para las nuevas empresas innovadoras de bioeconomía. [161] Permitir que estas nuevas empresas de bioeconomía aprovechen las oportunidades que brinda la transformación de la bioeconomía contribuye aún más a su éxito. [162]
El biopunk , llamado así por su similitud con el cyberpunk , es un género de ciencia ficción que a menudo tematiza la bioeconomía, así como sus posibles problemas y tecnologías. La novela The Windup Girl retrata una sociedad impulsada por una bioeconomía despiadada y enferma por el cambio climático . [163] En la novela más reciente, Change Agent, las clínicas predominantes en el mercado negro ofrecen a personas ricas servicios de mejora genética humana no autorizados y, por ejemplo, los narcóticos personalizados se imprimen en 3D localmente o se contrabandan con robots blandos . [164] [165] Solarpunk es otro género emergente que se centra en la relación entre las sociedades humanas y el medio ambiente y también aborda muchos de los problemas y tecnologías de la bioeconomía, como la ingeniería genética, la carne sintética y la mercantilización. [166] [167]
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