La bioeconomía , bioeconomía o biotecnología es una actividad económica que implica el uso de la biotecnología y la 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 con la evolución de la industria de la biotecnología y la capacidad de estudiar, comprender y manipular el 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 de la agricultura, la salud, la química y la energía. [1] [2]
Los términos bioeconomía (BE) y economía de base biológica (BBE) a veces se utilizan indistintamente. Sin embargo, vale la pena distinguirlos: la economía de base biológica considera la producción de bienes no alimentarios, mientras que la bioeconomía abarca tanto la economía de base biológica 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 las 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 la comprensión de los mecanismos y procesos a nivel genético, molecular y genómico , y la aplicación de este conocimiento a la creación o mejora de procesos industriales, el desarrollo de nuevos productos y servicios y la producción de 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 consonancia con los principios del desarrollo sostenible . [8]
El término "biotecnología" fue utilizado por Juan Enríquez y Rodrigo Martínez en el Seminario de Genómica de 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 gama de productos alimenticios, de salud, de fibra e 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 los materiales, los productos químicos y la energía se derivan de recursos biológicos renovables”. [10]
La primera Cumbre Mundial sobre 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 manera sostenible en todos los sectores económicos". Según la cumbre, la bioeconomía comprende tres elementos: biomasa renovable, tecnologías facilitadoras 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 Harvard Business School, "Biotechonomy 1.0: A Rough Map of Biodata Flow", mostró el flujo global de material genético que entra y sale de las tres bases de datos genéticas públicas más grandes: GenBank , EMBL y DDBJ . Los autores luego formularon hipótesis sobre el impacto económico que tales flujos de datos podrían tener en la creación de patentes, la evolución de las empresas biotecnológicas emergentes y las tarifas de licencias. [12] Una adaptación de este documento fue publicada en la revista Wired en 2003. [13]
El término "bioeconomía" se hizo popular a mediados de la década de 2000 con su adopción por la Unión Europea y la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos como una agenda política y un marco para promover el uso de la biotecnología para desarrollar nuevos productos, mercados y usos de la biomasa. [14] Desde entonces, tanto la UE (2012) como la OCDE (2006) han creado estrategias dedicadas a la bioeconomía, al igual que un número cada vez mayor de países en todo el mundo. [15] A menudo, estas estrategias confunden la bioeconomía con el término "economía de base biológica". Por ejemplo, desde 2005, los Países Bajos han buscado promover la creación de una economía de base biológica. [16] Se han iniciado plantas piloto, por ejemplo, en Lelystad (Zeafuels), y existe una organización centralizada (Programa Interdepartementaal de Economía de Base Biológica), con investigación de apoyo (Investigación sobre Alimentos y Base Biológica). [17] Otros países europeos también han desarrollado e implementado estrategias y marcos de políticas de bioeconomía o economía de base biológica. [10]
En 2012, el presidente Barack Obama de los EE.UU. 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 cada vez mayor y el cambio climático. 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 los recursos no renovables, como los recursos naturales fósiles y los minerales. En cierta medida, la bioeconomía también ayuda a la economía a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y ayuda a mitigar y adaptarse al cambio climático. [19]
Para la producción de catálisis enzimática se utilizan organismos que van desde bacterias y levaduras hasta plantas. Se han utilizado bacterias modificadas genéticamente para producir insulina y el ácido artemisínico se ha obtenido a partir de levaduras modificadas genéticamente . Algunos bioplásticos (basados en polihidroxibutirato o polihidroxialcanoatos) se producen a partir de azúcar utilizando microbios modificados genéticamente. [20]
Los organismos modificados genéticamente también se utilizan para la producción de biocombustibles . Los biocombustibles son un tipo de combustible neutro en carbono .
También se están realizando investigaciones para fijar el CO2 mediante una vía metabólica sintética. Mediante la modificación genética de la bacteria E. coli para que pueda consumir CO2 , la bacteria podría proporcionar la infraestructura para la futura producción renovable de alimentos y combustibles ecológicos. [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 ), pueden usarse como insumo para otros animales.
También se utilizan cultivos modificados genéticamente. Por ejemplo, los cultivos energéticos modificados genéticamente pueden ofrecer algunas ventajas adicionales, como menores costos asociados (es decir, costos durante el proceso de fabricación [23] ) y menor uso de agua. Un ejemplo son los árboles que han sido modificados genéticamente para que tengan menos lignina o para que expresen lignina con enlaces químicamente lábiles. [24] [25]
Sin embargo, los cultivos genéticamente modificados aún enfrentan 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 abarca 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 toda la producción primaria y los sectores económicos e industriales que se basan en el uso, la producción o el procesamiento de recursos biológicos 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, es decir, los servicios que ofrece el medio ambiente, como la fijación del 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 sobre Bioeconomía de la UE de 2016, la bioeconomía reúne diversos 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 está asociado con importantes problemas globales de impactos ambientales perjudiciales (por ejemplo, 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 la carne cultivada . ( Artículo completo... )
Sin embargo, no todos los productos de nutrición sintética son productos alimenticios de origen animal como la carne y los lácteos; por ejemplo, a partir de 2021 también hay productos de café sintético que se informa que están cerca de comercializarse. [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 por ejemplo para la alimentación del ganado , alimentos para mascotas a base de insectos o alimentos para la acuicultura sostenible . Existen varias empresas emergentes y equipos de investigación en todo el mundo que utilizan la biología sintética para crear alimentos 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 , un suplemento dietético que podría sustituir a suplementos de aceite de pescado posiblemente menos sostenibles y con mayor participación en el mercado . [42] [43]
La agricultura vertical es la práctica de cultivar cultivos en capas apiladas vertical y horizontalmente. [44] A menudo incorpora agricultura de ambiente controlado , que tiene como objetivo optimizar el crecimiento de las plantas, y técnicas de cultivo sin suelo como la hidroponía , la acuaponía y la aeroponía . [44] Algunas opciones comunes de estructuras para albergar sistemas de cultivo vertical incluyen edificios, contenedores de envío, túneles subterráneos y pozos de minas abandonados.
El concepto moderno de agricultura vertical fue propuesto en 1999 por Dickson Despommier , profesor de Salud Pública y Ambiental en la Universidad de Columbia. [45] Despommier y sus estudiantes idearon un diseño de una granja de 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 la agricultura vertical junto con otras tecnologías de vanguardia, como luces LED especializadas , han dado como resultado un rendimiento de los cultivos más de 10 veces superior al que se obtendría mediante métodos agrícolas tradicionales. [47] Ha habido varios medios diferentes de implementar sistemas de agricultura vertical en comunidades como: Paignton , [48] Israel , [49] Singapur , [50] Chicago , [51] Múnich , [52] Londres , [53] Japón , [47] y Lincolnshire . [54]
La principal ventaja de utilizar tecnologías de cultivo vertical es el aumento del rendimiento de los cultivos que se produce con una menor superficie de tierra requerida. [55] [56] La mayor capacidad de cultivar una mayor variedad de cultivos a la vez, ya que los cultivos no comparten las mismas parcelas de tierra mientras crecen, es otra ventaja buscada. Además, los cultivos son resistentes a las perturbaciones climáticas debido a su ubicación en interiores, lo que significa que se pierden menos cultivos por fenómenos meteorológicos extremos o inesperados. Por último, debido a su uso limitado de la tierra, el cultivo vertical es menos perjudicial para las plantas y los animales nativos, lo que conduce a una mayor conservación de la flora y la fauna locales. [57]
Las tecnologías de cultivo vertical enfrentan desafíos económicos con altos costos iniciales en comparación con las granjas tradicionales. No pueden cultivar todo tipo de cultivos, pero pueden ser rentables para productos de alto valor, como verduras para ensaladas. [58] 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 tradicionales o los invernaderos .
Por ejemplo, se están llevando a cabo investigaciones y desarrollos en curso para mecanismos de alto rendimiento en interiores. [67]
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La algacultura es una forma de acuicultura que implica el cultivo de especies de algas . [76]
La mayoría de las algas que se cultivan intencionalmente pertenecen a la categoría de microalgas (también conocidas como fitoplancton , micrófitas 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 marinas, que son básicamente depuradores de algas que utilizan burbujas de aire ascendentes en pequeños recipientes). [ cita requerida ]
El cultivo comercial e industrial de algas tiene numerosos usos, incluida la producción de nutracéuticos como ácidos grasos omega-3 (como aceite de algas) [77] [78] [79] o colorantes y tintes alimentarios naturales , alimentos , fertilizantes , bioplásticos , materias primas químicas, alimentos ricos en proteínas para animales y acuicultura , productos farmacéuticos y combustible de algas , [80] y también se puede utilizar como un medio de control de la contaminación y secuestro natural de carbono . [81]
La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, dominada abrumadoramente por algas marinas, aumentó en volumen de producción de 13,5 millones de toneladas en 1995 a poco más de 30 millones de toneladas en 2016. [82] Las microalgas cultivadas ya contribuyen a una amplia gama de sectores en la bioeconomía emergente. [83] La investigación sugiere que existen grandes potenciales y beneficios de la algacultura para el desarrollo de un futuro sistema alimentario saludable y sostenible . [75] [81]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 ( residuos electrónicos , [84] 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 esta podría aplicarse más allá del reciclaje. [85]
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, lo que puede ser útil para la descontaminación , el reciclaje y el supraciclaje de plásticos mixtos junto con otros enfoques. [86] [87] [88] Estos enfoques pueden ser más respetuosos con el medio ambiente y rentables que el reciclaje mecánico y químico del PET, lo que permite soluciones de bioeconomía circular del plástico a través de sistemas basados en cepas diseñadas. [89] Además, se podrían emplear microorganismos para extraer elementos útiles de las rocas de basalto mediante biolixiviación . [90] [91]
En 2020, la industria mundial de los suplementos dietéticos se valoró en 140.300 millones de dólares según un análisis de "Grand View Research". [92] Ciertas partes de la economía de la salud pueden superponerse con la bioeconomía, [93] [94] incluidos los productos y actividades relacionados con el antienvejecimiento y la prolongación de la vida , los productos de higiene/belleza, [94] los alimentos funcionales , [94] los productos relacionados con el rendimiento deportivo y las pruebas de base biológica (como las de la microbiota ) y los bancos (como los bancos de heces [95] incluidas las cápsulas orales de "superheces" [96] ) y las bases de datos (principalmente bases de datos de ADN ), todos los cuales a su vez pueden 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 la bioeconomía.
La bioeconomía forestal se basa en los bosques y sus recursos naturales y abarca una gran variedad de procesos industriales y de producción. La bioeconomía forestal incluye, por ejemplo, el procesamiento de la biomasa forestal para proporcionar productos relacionados con la energía, la química o la industria alimentaria. Por lo tanto, la bioeconomía forestal abarca una variedad de procesos de fabricación diferentes que se basan en el material de madera y la gama de productos finales es amplia. [97]
Además de los diferentes productos derivados de la madera, la recreación, el turismo natural 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. [97]
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 las industrias del mueble y la construcción. Pero además de estos, como recurso natural renovable, los ingredientes de la madera pueden valorizarse en bioproductos innovadores junto con una gama de productos convencionales de la industria forestal. Así, las plantas tradicionales de las grandes empresas de la industria forestal, 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, medicamentos, envases inteligentes, revestimientos, pegamentos, plásticos, alimentos y piensos. [97] [98]
La bioeconomía azul abarca las empresas que se basan en el uso sostenible de los recursos acuáticos renovables, así como las áreas de especialización relacionadas con el agua. Abarca el desarrollo y la comercialización de productos y servicios de la bioeconomía azul. En ese sentido, los sectores clave incluyen las actividades empresariales basadas en la tecnología y el conocimiento 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 alto. Las zonas acuáticas también tienen otros valores más allá de ser plataformas de actividades económicas: proporcionan bienestar humano, recreación y salud. [99]
Según la Unión Europea, la bioeconomía azul se centra en los entornos acuáticos o marinos, especialmente en nuevas aplicaciones de acuicultura, incluidos los alimentos y piensos no alimentarios. [100]
En el Informe europeo sobre la Estrategia de crecimiento azul: hacia un crecimiento y empleo más sostenibles en la economía azul (2017), la bioeconomía azul se define de forma diferente a la economía azul. La economía azul se refiere a 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) y los recursos vivos y no vivos. [101]
La bioeconomía también incluye la bioenergía , el biohidrógeno , el biocombustible y el combustible de algas .
Según la Asociación Mundial de Bioenergía, el 17,8 % del consumo final bruto de energía se cubrió con energía renovable. Entre las fuentes de energía renovable, la bioenergía (energía de fuentes de origen biológico) es la fuente de energía renovable más importante. En 2017, la bioenergía representó el 70 % del consumo de energía renovable. [102]
El papel de la bioenergía varía en los distintos países y continentes. En África es la fuente de energía más importante, con una participación del 96%. La bioenergía tiene una participación significativa 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 procedente 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 biodiésel) para electricidad, calefacción y combustible para el transporte en todo el mundo. [102]
La biomasa es un recurso natural renovable, pero todavía es un recurso limitado. A nivel mundial existen enormes cantidades de recursos, pero su uso está limitado por factores ambientales, sociales y económicos. La biomasa puede desempeñar un papel importante en las soluciones de bajo consumo de carbono en los ámbitos del suministro de energía, alimentos y piensos. En la práctica, existen muchos usos que compiten entre sí. [97]
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 carbón de biomasa. [103] Luego , el carbón de biomasa [ cita requerida ] y el biogás se queman 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 . [104]
La energía de origen biológico 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 la calefacción de espacios o en plantas de energía para generar energía eléctrica a partir de energía renovable . La principal fuente de astillas forestales en Europa y en la mayoría de los países [ ¿cuáles? ] han sido los residuos de la tala. Se espera que las proporciones de tocones y madera en rollo aumenten en el futuro. [105] A partir de 2013 [actualizar]en la UE, las estimaciones del potencial de biomasa para energía, disponibles en las condiciones actuales de 2018, incluido el uso sostenible del bosque, así como el suministro de madera a los sectores forestales tradicionales, son: 277 millones de m 3 , para biomasa sobre el suelo y 585 millones de m 3 para biomasa total. [106]
Los sistemas de combustible más nuevos para calefacción utilizan astillas de madera o pellets de madera . La ventaja de las astillas de madera es el costo, la ventaja de los pellets de madera es el valor de combustible controlado. El uso de astillas de madera en sistemas de calefacción automatizados se basa en una tecnología robusta. [105]
El tamaño de las astillas de madera, el contenido de humedad y la materia prima de la que están hechas las astillas son particularmente importantes cuando se queman astillas de madera en plantas pequeñas. Desafortunadamente, no hay muchas normas para decidir las fracciones de astillas de madera. Sin embargo, a partir de marzo de 2018, el Instituto Nacional Estadounidense de Normas 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. [107] Una categoría común de astillas es la GF60, que se usa comúnmente en plantas más pequeñas, incluidas pequeñas industrias, villas y edificios de apartamentos. "GF60" se conoce como "astillas 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%. [105]
El contenido energético de un metro cúbico es normalmente mayor que el de un metro cúbico de troncos de madera, pero puede variar mucho en función de la humedad. La humedad se determina según el manejo de la materia prima. Si se talan los árboles en invierno y se dejan secar durante el verano (con hojas en la corteza y cubiertos para que no les llegue la lluvia) y luego se trocean en otoño, el contenido de humedad de las astillas de madera será de aproximadamente el 20-25%. El contenido energético, por tanto, es de aproximadamente 3,5-4,5 kWh/kg (~150-250 kg/metro cúbico). [105]
Las centrales eléctricas de carbón se han convertido para funcionar con astillas de madera, lo que es bastante sencillo de hacer, ya que ambas utilizan un motor térmico de turbina de vapor idéntico , y el coste del combustible de astillas de madera es comparable al del carbón . [105]
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, cerca de ser neutro en carbono y, por lo tanto, neutral en términos de dióxido de carbono (CO 2 ), ya que en el caso ideal solo el dióxido de carbono que fue absorbido durante el crecimiento del árbol y almacenado en la madera se libera nuevamente a la atmósfera. [105]Las astillas de madera son similares a los pellets de madera , en el sentido de que su movimiento y manipulación son más fáciles de automatizar que la de la madera en cuerdas, en particular para sistemas más pequeños. Las astillas de madera son menos costosas de producir que los pellets de madera, que deben procesarse en instalaciones especializadas. Si bien evitan los costos asociados con el refinamiento, la menor densidad y el mayor contenido de humedad de las astillas de madera reducen su valor calorífico , lo que aumenta sustancialmente la materia prima necesaria para generar una cantidad equivalente de calor. Los mayores requisitos de volumen físico también aumentan el impacto en los gastos y las emisiones del transporte, almacenamiento y/o envío de la madera.
Las astillas de madera son menos costosas que la leña en cuerdas , porque la cosecha 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 una mano de obra sustancial para convertirse en leña en cuerdas. La leña en cuerdas generalmente necesita ser "sazonada" o "secada" antes de que pueda ser quemada de manera limpia y eficiente. Por otro lado, los sistemas de astillas de madera generalmente están diseñados para quemar de manera limpia y eficiente "astillas verdes" con un contenido de humedad muy alto de 43-47% (base húmeda). [108] (ver gasificación y gas de madera )Por razones económicas, el procesamiento de la biomasa se realiza según un patrón específico (un proceso llamado en 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 los productos con alto valor agregado y menor volumen de biomasa hasta los productos con menor valor agregado y mayor volumen de biomasa: [109]
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. [110]
Los bioproductos o productos de base biológica 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 por diferentes beneficios y riesgos. [111]
Los productos de origen biológico se desarrollan con el fin de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y los recursos no renovables. Para lograrlo, la clave es desarrollar nuevas tecnologías de biorrefinación para transformar de manera sostenible los recursos naturales renovables en productos, materiales y combustibles de origen biológico, por ejemplo [112]
La biología sintética se puede utilizar para crear nanopartículas que se pueden utilizar para la administración de fármacos, así como para otros fines. [113] La investigación y el desarrollo complementarios buscan y han creado células sintéticas que imitan las funciones de las células biológicas. Las aplicaciones incluyen la medicina, como el diseño de nanopartículas que hacen que las células sanguíneas se coman, de adentro hacia afuera, porciones de placa aterosclerótica que causan ataques cardíacos. [114] [115] [116] Las microgotas sintéticas para células de algas o los reactores microbianos esferoidales multicelulares sinérgicos de algas y bacterias , por ejemplo, podrían usarse para producir hidrógeno como biotecnología de economía del hidrógeno . [117] [118]
Las actividades y tecnologías de adaptación al cambio climático basadas en la biología podrían considerarse parte de la bioeconomía. Algunos ejemplos pueden incluir:
Existe un potencial para la producción de base biológica de materiales de construcción (aislamiento, materiales de superficie, etc.) así como de nuevos materiales en general (polímeros, plásticos, compuestos, etc.). [94] Las células microbianas fotosintéticas se han utilizado como un paso hacia la producción sintética de seda de araña . [33] [34]
Los bioplásticos no son un único material, sino una familia completa de materiales con diferentes propiedades y aplicaciones. Según European Bioplastics, un material plástico se define como bioplástico si es un plástico de origen biológico , un 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 . [123]
Los bioplásticos se dividen en tres grupos principales: [123]
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, capacidad de impresión, transparencia, barrera, resistencia al calor, brillo y muchas más. [123]
Se han fabricado bioplásticos a partir de remolacha azucarera mediante bacterias. [124] [125]
En ocasiones, los envases o componentes de plástico forman parte de una solución ambiental válida. En otras ocasiones, son deseables alternativas al plástico basado en 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 pueden eliminarse gradualmente (como en el caso de las políticas sobre requisitos para supermercados nacionales) por ser necesarios para conservar productos alimenticios u otros fines.
Se desarrolló una alternativa de embalaje biodegradable a base de proteínas vegetales al plástico a partir de investigaciones sobre la seda de araña , que es conocida por su alta resistencia y su similitud a nivel molecular. [132] [133]
Los investigadores del Servicio de Investigación Agrícola están estudiando la posibilidad de utilizar películas a base de productos lácteos como alternativa a los envases a base de petróleo. En lugar de estar hechas de polímeros sintéticos , estas películas a base de productos lácteos estarían compuestas de proteínas como la caseína y el suero de leche , que se encuentran en la leche. Las películas serían biodegradables y ofrecerían mejores barreras de oxígeno que las películas sintéticas a base de productos químicos. Es necesario realizar más investigaciones para mejorar la calidad de la barrera de agua de la película a base de productos lácteos, pero se están buscando activamente avances en el envasado sostenible. [134]
La política de embalaje sostenible no puede individualizarse en función de un producto específico. Una legislación eficaz debería incluir alternativas para muchos productos, no sólo para unos pocos seleccionados; de lo contrario, los efectos positivos del embalaje sostenible no serán tan eficaces como deberían para impulsar una reducción significativa del embalaje de plástico. Encontrar alternativas puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la producción de embalajes insostenibles y reducir los subproductos químicos peligrosos de las prácticas de embalaje insostenibles. [135]
La industria textil , o algunas de sus actividades y elementos, podrían considerarse un sector de bioeconomía global fuerte. 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 la cachemira. [136]
Las actividades relacionadas con la producción y el procesamiento de textiles que caen más claramente dentro del dominio de la bioeconomía son desarrollos como la biofabricación de material similar al cuero utilizando hongos, [137] [138] [139] sustitutos de algodón a base de hongos, [140] y fibras renovables a partir de paredes celulares de hongos. [141]
Las fibras textiles se pueden formar mediante 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, así como productos químicos nocivos y agua. Más tarde, 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, como el 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]
La próxima generación de fibras regeneradas está en desarrollo. Los procesos de producción utilizan menos o ningún producto químico y el consumo de agua también es menor. [142]
La bioeconomía se ha asociado en gran medida con visiones de "crecimiento verde". [143] Un estudio concluyó 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 con un enfoque o dependencia del progreso tecnológico se pueda mantener un modelo socioeconómico fundamentalmente insostenible en lugar de cambiarlo. [145] A algunos les preocupa que eso no conduzca a una ecologización de la economía sino a una economización de lo biológico, "lo vivo", y advierten que se deben considerar los potenciales de las técnicas no biológicas para lograr una mayor sostenibilidad. [145] Un estudio concluyó 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 decía que expandir la proporción de actividades basadas en recursos renovables en la economía desaceleraría el crecimiento económico y establecería límites estrictos a la expansión general de la economía". [146] Además, algunos advierten que "Silicon Valley y las corporaciones alimentarias" podrían usar las tecnologías de la bioeconomía para el lavado de imagen verde y las concentraciones monopólicas. [147] La bioeconomía, sus potenciales, nuevos modos disruptivos de producción e innovaciones pueden distraer de la necesidad de cambios socioeconómicos estructurales sistémicos [148] [149] y proporcionar una falsa ilusión de utopismo/optimismo tecnocapitalista que sugiere que las soluciones tecnológicas [10] pueden hacer posible sostener patrones y estructuras contemporáneas, 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 incentivos y mecanismos de distribución de recursos como los mercados) permanece inalterado (por ejemplo, en naturaleza, propósitos, alcances, límites y grados), amenazar su empleo y sustento, así como la economía y la estabilidad social de la respectiva nación. 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 agricultura animal 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]
Los observadores temen 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 básicos sean carne producida en masa y de dudosa calidad nutricional que se venda 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 en las que se utilizan patentes y licencias privadas de propiedad intelectual, que a menudo impiden por completo el uso y el desarrollo continuo de conocimientos y técnicas durante muchos años o décadas. Por otra parte, a algunos les preocupa que sin la protección de la propiedad intelectual como tipo de incentivo para la I+D, en particular en los grados y alcances actuales, las empresas ya no tendrían los recursos o los motivos/incentivos para realizar una investigación biotecnológica competitiva y viable, ya que de lo contrario podrían no ser capaces de generar suficientes rendimientos de la inversión inicial en I+D o menos rendimientos que de otros gastos que son posibles. [154] La " biopiratería " se refiere al "uso de sistemas de propiedad intelectual para legitimar la propiedad y el control exclusivos sobre recursos biológicos y productos biológicos que se han utilizado durante siglos en culturas no industrializadas". [155]
En lugar de conducir a una producción de alimentos sostenibles, saludables, económicos, seguros y accesibles con poca mano de obra a nivel local (después de la transferencia de conocimientos y tecnología y una innovación oportuna y eficiente ), la bioeconomía puede conducir a la formación agresiva de monopolios y a una desigualdad exacerbada. [156] [157] [147] [ cita(s) adicional(es) necesaria(s) ] Por ejemplo, mientras que 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 para 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 riesgosa, "y probablemente implica una mayor asimetría de la 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 inversiones necesarias en las primeras etapas". Y las inversiones en los sectores pertinentes 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 empresas emergentes innovadoras de bioeconomía. [161] Permitir que estas empresas emergentes de bioeconomía aprovechen las oportunidades que ofrece la transformación de la bioeconomía contribuye aún más a su éxito. [162]
El biopunk , llamado así por su similitud con el ciberpunk , 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 del mercado negro predominantes ofrecen a las personas ricas servicios de mejora genética humana no autorizados y, por ejemplo, los narcóticos personalizados se imprimen en 3D localmente o se contrabandean con robots blandos . [164] [165] El 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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