Economía de base biológica - Biobased economy

Economía de base biológica , bioeconomía o biotecnología se refiere a la 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 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 desarrollos científicos y tecnológicos a las industrias de agricultura, salud, química y energía. Los términos bioeconomía (BE) y bioeconomía (BBE) a veces se usan indistintamente. Sin embargo, vale la pena distinguirlos. La economía de base biológica toma en consideración 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.

Orígenes y definiciones

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.

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 alimentarios, sanitarios, de fibras e industriales y energéticos, donde la biomasa renovable engloba cualquier material biológico que se utilice como materia prima ”.

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 biológicos y principios basados en el conocimiento para proporcionar bienes y servicios de manera sostenible en todos los sectores económicos”. Según la cumbre, la bioeconomía implica tres elementos: biomasa renovable, tecnologías habilitadoras 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).

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 se publicó en Science ".

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 un nuevo crecimiento económico y empleo de acuerdo con los principios del desarrollo sostenible .

Historia

El documento de trabajo de 2002 de Harvard Business School de Enríquez y Martínez, "Biotecnología 1.0: Un mapa aproximado del flujo de datos biológicos", mostró el flujo global de material genético hacia y desde las tres bases de datos genéticas públicas más grandes: GenBank , EMBL y DDBJ . Luego, los autores formularon una hipótesis sobre el impacto económico que dichos flujos de datos podrían tener en la creación de patentes, la evolución de las nuevas empresas biotecnológicas y las tarifas de licencias. Una adaptación de este artículo se publicó en la revista Wired en 2003.

El término 'bioeconomía' se hizo popular desde 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 biomasa. Desde entonces, tanto la UE (2012) como la OCDE (2006) han creado estrategias específicas de bioeconomía, al igual que un número creciente de países en todo el mundo. A menudo, estas estrategias combinan la bioeconomía con el término "economía de base biológica". Por ejemplo, desde 2005 los Países Bajos han tratado de promover la creación de una economía de base biológica. Se han puesto en marcha plantas piloto, es decir, en Lelystad ( Zeafuels ), y existe una organización centralizada (programa interdepartamental de economía de base biológica), con investigación de apoyo (Investigación de base biológica y alimentaria) que se está llevando a cabo. Otros países europeos también han desarrollado e implementado estrategias y marcos de políticas de bioeconomía o bioeconomía.

En 2012, el presidente Barack Obama de los EE. UU. Anunció intenciones de fomentar los métodos de fabricación biológica, con un Plan Nacional de Bioeconomía.

En la práctica

El crecimiento de la población mundial y el consumo excesivo de muchos recursos están provocando un aumento de la presión ambiental 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 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 y adaptarse al cambio climático.

La biomasa es un recurso natural renovable pero aún es un recurso limitado. A nivel mundial existen enormes recursos, pero los aspectos ambientales, sociales y económicos están limitando su uso. Sin embargo, la biomasa puede desempeñar un papel importante y ser una fuente de productos hacia soluciones bajas en carbono en el campo de los suministros para los clientes, la energía, los alimentos y los piensos. En la práctica, hay muchos usos en competencia.

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). A continuación, se utilizan varios métodos de procesamiento (en biorrefinerías ) para aprovechar al máximo la biomasa. Esto incluye técnicas como

La digestión anaeróbica se usa generalmente para producir biogás , la fermentación de azúcares produce etanol , la pirólisis se usa para producir aceite de pirólisis (que es biogás solidificado) y la torrefacción se usa para crear carbón de biomasa . Luego se quema biomasa-carbón y biogás para la producción de energía, el etanol se puede usar como combustible (vehículo), así como para otros fines, como productos para el cuidado de la piel .

Aplicaciones

Los bioproductos o bioproductos son productos que se fabrican 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.

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 bioproductos, materiales y combustibles, p. Ej.

Bioplásticos

Los bioplásticos no son un solo material. Comprenden toda una familia de materiales con diferentes propiedades y aplicaciones. Según bioplásticos Europea, un material plástico se define como un bioplástico si es o plástico basado en bio , plástico biodegradable , o es 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 .

Los bioplásticos se dividen en tres grupos principales:

Plásticos no biodegradables de base biológica o de base biológica parcial, como PE, PP o PET de base biológica (los llamados `` drop-ins '') y polímeros de rendimiento técnico de base biológica como PTT o TPC-ET
Plásticos que son tanto de base biológica como biodegradables, como PLA y PHA o PBS
Plásticos que se basan en recursos fósiles y son biodegradables, como PBAT

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.

Los bioplásticos se han fabricado a partir de la remolacha azucarera por bacterias.

Ejemplos de bioplásticos

Paptic: Hay materiales de embalaje que combinan las cualidades del papel y el plástico. Por ejemplo, Paptic se produce a partir de fibra a base de madera que contiene más del 70% de madera. El material está formado con tecnología de formación de espuma que ahorra materia prima y mejora las cualidades del material. El material se puede producir en bobinas, lo que permite entregarlo con los molinos existentes. El material es a prueba de salpicaduras pero se descompone cuando se sumerge en el agua. Es más duradero que el papel y mantiene su forma mejor que el plástico. El material se recicla con cartones.

Ejemplos de biocompuestos

Las latas de Sulapac están hechas de astillas de madera y aglutinante natural biodegradable y tienen características similares al plástico. Estos productos de envasado toleran el agua y las grasas y no permiten el paso del oxígeno. Los productos Sulapac combinan ecología, lujo y no están sujetos a limitaciones de diseño. Sulapac puede competir con las latas de plástico tradicionales por costo y es adecuado para los mismos dispositivos de empaque.

Woodio produce lavabos compuestos de madera y otros muebles de baño. El compuesto se produce moldeando una mezcla de astillas de madera y aglutinante transparente como el cristal. Woodio ha desarrollado un compuesto de madera maciza que es completamente impermeable. El material tiene características similares a la cerámica, pero puede usarse como energía después de su uso. a diferencia de los residuos cerámicos. El compuesto de madera maciza es duro y se puede moldear con herramientas de madera.

Woodcast es un material de fundición renovable y biodegradable. Se produce a partir de astillas de madera y plástico biodegradable. Es duro y duradero a temperatura ambiente, pero cuando se calienta es flexible y autoadhesivo. Woodcast se puede aplicar a todos los elementos de enlucido y soporte. El material es transpirable y transparente a los rayos X. Se utiliza en enyesado y en terapia ocupacional y se puede moldear a cualquier forma anatómica. El exceso de piezas se puede reutilizar: los moldes usados se pueden eliminar como energía o como residuos biológicos. El compuesto se diferencia del molde de cal tradicional en que no necesita agua y no es tóxico. Por lo tanto, no se requieren máscaras de gas, guanteletes o ventiladores de succión para manipular el yeso.

Textiles

A nivel mundial, la industria textil es un sector de bioeconomía 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 algodón, lino, bambú, cáñamo, lana, seda, angora, mohair y cachemira.

Las fibras textiles se pueden formar en procesos químicos a partir de materiales de base biológica. Estas fibras se denominan fibras regeneradas de base biológica. Las fibras regeneradas más antiguas son la viscosa y el rayón, producidos en el siglo XIX. Los primeros procesos industriales utilizaron 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.

En la década de 1990, las primeras fibras regeneradas más sostenibles, por ejemplo, Lyocell, ingresaron al mercado con el nombre comercial de Tencel. El proceso de producción utiliza celulosa de madera y procesa la fibra sin productos químicos nocivos.

Se está desarrollando la próxima generación de fibras regeneradas. Los procesos de producción utilizan menos o ningún producto químico, y también se disminuye el consumo de agua.

Aprovechar al máximo la biomasa

Por razones económicas, el procesamiento de la biomasa se realiza de acuerdo con un patrón específico (un proceso llamado cascada). Este patrón depende de los tipos de biomasa utilizados. Todo el proceso 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 a los productos con menor valor agregado y mayor volumen de biomasa:

productos químicos finos / medicamentos
comida
productos químicos / bioplásticos
combustibles de transporte
electricidad y calor

Modificación genética

Para la producción de catálisis enzimática se utilizan organismos, desde bacterias y levaduras hasta plantas. Se han utilizado bacterias genéticamente modificadas para producir insulina, el ácido artemisínico se fabricó en levadura modificada . Algunos bioplásticos (basados en polihidroxilbutirato o polihidroxilalcanoatos se producen a partir de azúcar utilizando microbios modificados genéticamente.

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 CO2 mediante una vía metabólica sintética. Al modificar genéticamente las bacterias E. coli para permitirles consumir CO2, la bacteria puede proporcionar la infraestructura para la futura producción renovable de alimentos y combustibles ecológicos.

Uno de los organismos (Ideonella S-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 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 modificados genéticamente. Los cultivos energéticos genéticamente modificados , por ejemplo, pueden proporcionar algunas ventajas adicionales, como costos asociados reducidos (es decir, costos durante el proceso de fabricación) y menor uso de agua. Un ejemplo son los árboles que se han modificado genéticamente para tener menos lignina o para expresar lignina con enlaces químicamente lábiles.

Sin embargo, con los cultivos genéticamente modificados, todavía hay algunos desafíos involucrados (obstáculos para las aprobaciones regulatorias, la adopción del mercado y la aceptación pública).

Campos de la bioeconomía

Según la Estrategia de Bioeconomía de la Unión Europea actualizada en 2018, la bioeconomía cubre todos los sectores y sistemas que dependen de los recursos biológicos (animales, plantas, microorganismos y biomasa derivada, incluidos los residuos orgánicos), sus funciones y principios. Abarca todos los sectores de producción primaria y económicos e industriales que se basan en el uso, producción o procesamiento de recursos biológicos de la agricultura , la silvicultura , la pesca y la acuicultura . El producto de la bioeconomía son típicamente 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 .

En algunas definiciones, la bioeconomía comprende también los servicios de los ecosistemas que son servicios ofrecidos por el medio ambiente, incluido el dióxido de carbono vinculante y las oportunidades de recreación. Otro aspecto clave de la bioeconomía es no desperdiciar los recursos naturales, sino usarlos y reciclarlos de manera eficiente.

Agricultura

Según el Informe de bioeconomía de la UE 2016 , la bioeconomía reúne a varios sectores de la economía que producen, procesan y reutilizan recursos biológicos renovables (agricultura, silvicultura, pesca, alimentos, bioquímicos y materiales de base biológica y bioenergía). Por tanto, la agricultura es uno de los campos de la bioeconomía.

Bioeconomía forestal

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 procesos de fabricación diferentes que se basan en material de madera y la gama de productos finales es amplia.

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 de los ecosistemas también se incluyen en el concepto de bioeconomía forestal.

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 se pueden valorizar en bioproductos innovadores , junto con una gama de productos convencionales de la industria forestal. Por lo tanto, los molinos 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, por ejemplo, textiles, productos químicos, cosméticos, combustibles, medicamentos, envases inteligentes, recubrimientos, colas, plásticos, alimentos y piensos.

Bioeconomía azul

La bioeconomía azul cubre negocios que se basan en el uso sostenible de recursos acuáticos renovables, así como áreas de especialización relacionadas con el agua. Cubre el desarrollo y la comercialización de productos y servicios de bioeconomía azul. En ese sentido, los sectores clave incluyen actividades comerciales 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 alto. Las áreas de agua también tienen otros valores, pero la plataforma de actividades económicas. Proporciona bienestar, recreación y salud humanos.

Según la Unión Europea, la bioeconomía azul se centra en los entornos acuáticos o marinos, especialmente, en nuevas aplicaciones acuícolas, incluidas las no alimentarias, alimentarias y alimentarias.

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 que están 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 en alta mar, los recursos vivos y no vivos.

Bioenergía

La bioeconomía cubre también la bioenergía. Según la Asociación Mundial de Bioenergía, el 17,8% del consumo energético final bruto se cubrió con energías renovables. Entre las fuentes de energía renovable, la bioenergía (energía de fuentes biológicas) es la energía renovable más grande. En 2017, la bioenergía representó el 70% del consumo de energía renovable. (Estadísticas mundiales de bioenergía 2019)

El papel de la bioenergía varía en diferentes países y continentes. En África es la fuente de energía más importante con una participación del 96%. La bioenergía tiene participaciones significativas 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 (https://en.wikipedia.org/wiki/Biomass) procedente de la silvicultura, la agricultura y los residuos y corrientes secundarias de las industrias para producir productos finales útiles (pellets, astillas de madera, bioetanol, biogás y biodiésel) que terminan en electricidad, calefacción y combustible para el transporte en todo el mundo.

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