IV REUNIÓN NACIONAL DE LA RED TEMATICA DE BIOENERGÍAXII DE LA REDMEXICANA DE BIOENERGÍA

La Bioeconomía como motor del cambio

Mercedes BallesterosCIEMAT

Morelos, 13-15 Noviembre

Ingresos por actividades de I+D (2016): 30%

Recursos humanos (2016): 1.400 personas

Presupuesto (2016): 100 M€

Centro de Investigaciones Energéticas,

Medioambientales y Tecnológicas

CIEMAT

OPI: Ministerio de Economía, Industria y Competitividad

Contenido

¿Por qué es necesaria la bioeconomía?

Definición de bioeconomía

Cadenas de valor en la bioeconomía

Concepto y clasificación de las biorrefinerías

Reflexiones finales

Convergencia de tres grandes tendencias

• El comienzo del fin de la era del petróleo y la necesidad de la búsqueda de alternativas para enfrentar elcalentamiento global y el cambio climático.

• Aumento de la población que conduce a la expansión de la demanda de alimentos, energía y productos deconsumo (China, India, LA..).

• La irrupción y consolidación de la biotecnología (aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería paratratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes yservicios) como base de nuestra sociedad.

EXPANSIÓN DE LA POBLACIÓN: DEMANDA DE ALIMENTOS

• Se espera que hacia 2050 la población mundial pase de 7 mil millones a más de 9 mil millones de personas .

• La economía mundial crecerá cuatro veces, con una creciente demanda de energía y de recursos naturales.

• Se estima el 25% de la población de los países de la OCDE tenga más de 65 años en 2050, en contraste con el15% de hoy.

• Se proyecta que hacia 2050 casi el 70% de la población mundial será urbana, lo que supone mayores desafíospara la contaminación atmosférica, la congestión del transporte y la gestión de los residuos.

• Aumento del consumo. Se proyecta que la economía mundial crezca casi cuatro veces, con una

creciente demanda de energía y de recursos naturales.

• Seguridad abastecimiento. Los recursos energéticos fósiles no están distribuidos equilibradamente

(Importadores vs Exportadores)

• Seguridad energética. Asegurar a los consumidores finales un flujo de energía continuo, de calidad a

precios asequibles y de forma sostenible. La producción o el uso energético que no es compatible con

los requisitos medioambientales no es sostenible.

EXPANSIÓN DE LA POBLACIÓN: DEMANDA DE ENERGÍA

• Las presiones sobre el medio ambiente derivadas del aumento de la población y los crecientes estándares devida, sobrepasan los esfuerzos para combatir a la contaminación y la eficiencia en el uso de los recursos.

• Las acciones para mitigar los GEI a que se comprometieron los países en el Acuerdo de París (limitar elcalentamiento global a menos de 2°C) no se están cumpliendo.

EXPANSIÓN DE LA POBLACIÓN: CONSECUENCIAS AMBIENTALES

CONCLUSION: Hace falta producir MÁS con MENOS impacto ambiental y en un contexto donde el petróleo comienza a ser cada vez mas escaso y menos conveniente .

RESPUESTA: Hacer una transición hacía una nueva economía no dependiente del petróleo y con patrones productivos más sostenibles económica, social y ambientalmente.

¿CÓMO?: Con la biotecnología, que:

Permite sintetizar y elaboran compuestos haciendo uso de reacciones biológicas en las que intervienen enzimas y microorganismos, en lugar de reacciones químicas.

Utiliza materias primas renovables de origen biológico, por definición inagotables, eliminando la dependencia de fuentes fósiles como carbón o petróleo.

Aprovecha los residuos agrícolas, forestales , agroindustriales o domésticos, a los que da valor añadido, y evita su acumulación o eliminación

Avanzar hacia una economía que utilice materias primas biológicas renovables (biomasa), ampliamente disponibles y a coste competitivo

BIOECONOMÍA

Una economía innovadora y con bajas emisiones que utiliza los recursos orgánicos (tierra, mar, residuos) como insumos para la producción de alimentos y piensos, así como para la producción industrial y energética, garantizando al mismo tiempo la biodiversidad y la protección del medio ambiente.

Nuevo paradigma que comprende la convergencia de las nuevas tecnologías en los sectores productivos tradicionales (energía, alimentación, textil, salud, industria química, . ..) que precisa de nuevos mecanismos jurídicos y estructuras económicas.

Sector Facturación Anual (billones de €)

Empleo(millones de personas)

Fuente

Alimentos y bebidas 850 4,1 CIAA

Agricultura 210 15 COPA-COGECA

Pesca 8 0.5 FAO

Papel, Pulpa, Cuero, etc. 400 0,3 directos

4,0 indirectos

CEPI

Forestal y Madera 150 2,7 CEI-BOIS

Biotecnolgía Industrial 50 McKinsey

Total 1618 22,1

En Europa se calcula que la ‘bioeconomía“ representa un complejo de industrias ysectores que producen, utilizan o manejan recursos biologicos potencialmente porun valor mayor a los 1500 billiones de € y emplean mas de 22 millones depersonas.

TAMAÑO DE LA BIOECONOMÍA

Gran desafío científico-tecnológico para lograr procesosproductivos que supongan una mejor utilización de la biomasa yuna mejor transformación de esta en alimentos, bioenergía ybioproductos.

BIOECONOMÍA: UN RETO DE LA SOCIEDAD

Retos Sociales-Prioridades políticas del H2020

Actividades desde la investigación hasta el mercado. Énfasis en las actividades relacionadas con la innovación (proyectos piloto, demostración).

1. Salud, cambio demográfico y bienestar.

2. Bioeconomía : 4300 millones de euros ( +5% de los recursos totales del programa

H2020).

3. Energía segura, limpia y eficiente

4. Transporte inteligente, sostenible e integrado

5. Acción por el clima, eficiencia de recursos y materias primas

6. Europea en un mundo cambiante: Sociedades inclusivas, innovadoras y seguras

7. Sociedades seguras: proteger la libertad y la seguridad de Europa y sus

ciudadanos

Primeros pasos en la bioeconomía

• OCDE, 2009, The Bioeconomy to 2030: designing a policyagenda.http://www.oecd.org/futures/longtermtechnologicalsocietalchallenges.

• Comisión Europea, 2012: La innovación al servicio delcrecimiento sostenible: una bioeconomía para Europa.http://ec.europa.eu/research/bioeconomy/pdf/201202_innovating_sustaina

ble_growth_es.

• Constitución en 2013 del Observatorio de la BioeconomíaEuropea para evaluar los avances y proporcionar datossobre la materia a los responsables políticos.https://biobs.jrc.ec.europa.eu/

EVOLUCIÓN DE LA BIOECONOMÍA

▪ Un concepto que se esta difundiendo rápidamente y tienegran potencial futuro, tanto desde el punto de vistaeconómico como político; mas de 40 países ya han adoptadoestrategias formales, o están trabajado en esa dirección.

▪ Sectores como la bioenergía, los biomateriales, losbioproductos todavía no se manifiestan significativamente enel comercio mundial.

▪ Mercados emergentes no totalmente consolidados. Amplias

oportunidades.

Re-examinar la economía “petroquímica”La transformación de biomasa a gran escala requiere esquemas muy diferentes del actual basado en el uso de los hidrocarburos.

Refinerías convencionales:

– Combustibles de transporte, electricidad y productos químicos de alto valor añadido (aproximadamente el 5%).

– Abastecimiento no sujeto a estacionalidad

– Tecnologías optimizadas y maduras

Hay que redefinir:

• los centros de producción (zonas rurales y países dotados en recursos naturales),

• los modelos de consumo (nuevos productos y valorización de los residuos) ,

• los impactos de la actividad humana en el medio ambiente (explotación de recursos renovables como materia prima.

Estructura de las cadenas de valor de la bioeconomía

TECNOLOGÍAS

DISCIPLINAS

SECTORES/

MERCADOS/

PRODUCTOS

Estructura de las cadenas de valor de la bioeconomía

TECNOLOGÍAS

Biología sintética, Biología Molecular, Genética, Fisiología (humana,

animal, plantas), Microbiología, Bioquímica, Informática.DISCIPLINAS

SECTORES/

MERCADOS/

PRODUCTOS

Estructura de las cadenas de valor de la bioeconomía

Omicas, bioinformatica, ingeniería genética, ingeniería de proteínas,

cultivo de células y tejidos , bioprocesos, ingeniería de enzimas,

ingeniería de materiales, TICs´.TECNOLOGÍAS

Biología sintética, Biología Molecular, Genética, Fisiología (humana,

animal, plantas), Microbiología, Bioquímica, Informática.DISCIPLINAS

SECTORES/

MERCADOS/

PRODUCTOS

Estructura de las cadenas de valor de la bioeconomía

Alimentación: nuevos cultivos, alimentos funcionales, ingredientes y

aditivos, fertilizantes, pesticidas, empaques y recipientes.

Industria: anticorrosivos, tratamiento de aguas, purificación de

gases, lubricantes especiales, empaques.

Transporte: combustibles, aceites, anticongelantes, anti-corrosivos,

plásticos de y molduras para la industria automotriz.

Textiles: fibras, telas, coberturas de protección, rellenos, tinturas,

lycra.

Ambiente: biorremediadores, purificación de aguas, detergentes

biodegradables.

Comunicaciones: plásticos, cubiertas para fibra óptica, LCD, tintas

y papeles.

Construcción: pinturas, resinas, aislantes, barnices, protección de

incendios, adhesivos.

Salud e higiene: fármacos, nuevos materiales dentales,

desinfectantes, lentes plásticos, cosméticos, detergentes, etc.

Omicas, bioinformatica, ingeniería genética, ingeniería de proteínas,

cultivo de células y tejidos , bioprocesos, ingeniería de enzimas,

ingeniería de materiales, TICs´.TECNOLOGÍAS

Biología sintética, Biología Molecular, Genética, Fisiología (humana,

animal, plantas), Microbiología, Bioquímica, Informática.DISCIPLINAS

SECTORES/

MERCADOS/

PRODUCTOS

Visión estratégica: Una sociedad futura menos dependiente de los combustibles fósiles para su energía e insumos industriales

• Ventajas de usar un mayor número de materias primas (petróleo vs biomasa).

• Mayor diversidad territorial.

• Un mayor rango de alternativas tecnológicas para agregar valor a la producción.

• Mayor rango de escalas económicas a que pueden operar biorrefinerías.

• NREL: A biorefinery is a facility that integrates biomass conversion processes andequipment to produce fuels, power, and value-added chemicals from biomass. Thebiorefinery concept is analogous to today's petroleum refinery, which producemultiple fuels and products from petroleum. En.wikipedia.org/wiki/Biorefinery

• Cluster of biobased industries producing chemicals, fuels, power, products, andmaterials. En: www.biorenew.iastate.edu/resources/glossary.php.

• US-DOE: A biorefinery is an overall concept of a processing plant where biomassfeedstocks are converted and extracted into a spectrum of valuable products.

• NL: The separation of biomass into distinct components which can be individuallybrought to the market either directly after separation or after further (biological,thermochemical/chemical) treatment(s).

• Shell: Addition of Pure Plant Oil into traditional oil refineries

¿QÚE ES UNA BIORREFINERÍA?

La tarea 42 de la Agencia Internacional de la Energía (Bioenergía) ha establecidola siguiente definición:

Biorefinery is the sustainable processing of biomass into a spectrumof marketable products and energy

DEFINICIÓN DE BIORREFINERÍA

LAS BIORREFINERÍAS COMO PLATAFORMAS DE NUEVOS PROCESOS INDUSTRIALES

Poliuretanos Poliéster Nailon

PolímerosPolioles

Ácidos Orgánicos

Fibras

Biomasa

Monómeros

Aditivos alimenticios

Biorrefinerías

Biocombustibles

Solventes verdes (lactato de etilo)

Químicos especiales

Materiales de altas

prestaciones

Precursores farmacéuticos

Biodiesel

Etanol

Aminoácidos

Biogás

• Sistema complejo: suministro de materias primas, diversos sistemas de producción y penetraciónen los mercados de nuevos productos.

• Requiere una colaboración única entre la agricultura, el sector forestal, la logística de suministro, laingeniería, la biología, química, la industria y los mercados.

COMPARACIÓN DE REFINERÍAS Y BIORREFINERÍAS

Refinería Biorrefinería

Materia prima

Composición de los componentes elementales

Procesos de conversión

Productos intermedios a escala comercial

Relativamente homogénea.

Bajo contenido en oxígeno. El peso del producto (mol/mol) generalmente aumenta con el proceso.

Alto contenido en azufre

Etileno, propileno, metano, benceno, tolueno, xileno, isómeros.

Casi exclusivamente procesos químicos.Procesos relativamente homogéneos para llegar a los building blocks.

Craqueo por vapor, reformado catalítico.Amplio rango de conversiones químicas.

Muchos

Heterogénea (carbohidratos, lignina, proteínas, aceites, extractivos, cenizas. Una gran parte de los componentes en forma polimérica (celulosa, almidón, proteínas, lignina).

Alto contenido en oxígeno.El peso del producto generalmente disminuye con el proceso.

Bajo contenido en azufreAlto contenido en inorgánicos (silicio).

Glucosa, xilosa, ácidos grasos (oleico, esterárico, etc.)

Combinación de procesos químicos y biológicos.Procesos relativamente heterogéneos pare llegar a los buildingblocks.

Pequeño rango de procesos químicos de conversión. Deshidratación, hidrogenación, fermentación.

Pocos pero aumentando: etanol, butanol, furfural, biodiesel, butiratos, ácido láctico, ac. succínico.

PLATAFORMAS: Productos, Materias primas y procesos de conversión.

MATERIAS PRIMAS: Cultivos azucarados, amiláceos, oleaginosos, forestales o residuos (agrícolas, forestales, industriales.

PROCESOS CONVERSIÓN: Mecánicos (fraccionamiento, prensado, reducción de tamaño), Bioquímicos, (enzimáticos y fermentatitvos), Termoquímicos (gasificación pirólisis), Químicos (hidrólisis ácida, síntesis, esterificación),

PRODUCTOS: Intermedios; Azúcares (C5/C6), gas de síntesis, biogás, …que son comunes a diferentes sistemas de biorrefinerías y procesos.Finales: Energía (bioetanol, biodiesel, biocombustibles sintéticos, productos (químicos materiales, alimentación, piensos).

COMPLEJIDAD: Número de plataformas involucradas

CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN

Principal eje impulsor : LA SOSTENIBILIDAD

Implicaciones ambientales , económicas y sociales de toda la cadena de valor y todo el ciclo de vida (construcción, operación y desmantelamiento).

Deben considerarse :

• Posibles consecuencias debido a la competencia con los alimentos• El impacto en el uso y calidad del agua• Cambios en el uso de la tierra• Balance de carbono en el suelo y fertilidad• Balance neto de GEI• Impacto sobre la biodiversidad• Eficiencia energética• Impactos sobre las dinámicas regionales nacionales e internacionales de los mercados• Necesidades de los consumidores • Viabilidad de la inversión

LA EVALUACIÓN DE LA SUSTENTABILIDAD NO ES UN NÚMERO ABSOLUTOCOMPARACIÓN CON LOS SISTEMAS CONVENCIONALES QUE PROVEEN EL MISMO

PRODUCTO/ SERVICIO

REQUISITOS DE LA BIORREFINERÍA

LIMITACIONES/DESAFÍOS TECNOLÓGICOS

• Demostrar el potencial para el escalado e integración de lasnuevas tecnologías dentro de las existentes.

• Crear confianza en los usuarios finales en el uso de losbioproductos y biomateriales que se obtengan en lasbiorrefinería.

Petroquímica:

• Simple: Compuestos reducidos

• Procesos optimizados y muymaduros

• Los usuarios finales losconocen y confían

Biomasa:

• Complejos: Compuestos químicosoxidados.

• Procesos emergentes ytecnologías no optimizadas

• Hay que crear confianza en losusuarios finales

vs

LIMITACIONES/DESAFÍOS NO TÉCNOLÓGICOS

Las políticas, legislación y normativas que se vayan a desarrollar para el despliegue de labioeconomia, tienen que integrarse con las existentes.

Se requiere sustituir las políticas sectoriales por políticas multisectoriales para poder atender las exigencias del mercado.

• Políticas integradas: Recursos naturales- Energía -Industria

• Ciencia básica

• Fuerte relación academia-industria

• Altos requerimientos de inversión

• Propiedad intelectual “fuerte”

• Alta intensidad regulatoria– Bioseguridad

– Protección al consumidor

• Tecnología y comercio fuertemente vinculados

¿QUÉ PAPEL JUGARÁ LATINOAMÉRICA?

IMPORTANTE

Por su abundante biodiversidad y ser uno de los mas eficientes

productores de biomasa en el mundo,

Por la todavía disponibilidad de tierras fértiles,

Por el buen desempeño económico en un momento en que algunas

regiones del mundo, principalmente Europa, han estado sumergidas en

una importante crisis.

ALGUNAS DEBILIDADES ….

A pesar del dinamismo y potencial del sector hay muy pocas empresas (o, lo que es lo mismo, muy poca inversión local).

La gran mayoría del las innovaciones son de origen extranjero.

No es previsible que la situación cambie en el futuro cercano, ya que no hay desarrollos cercanos al mercado (etapas avanzadas de evaluación de riesgo)

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Mercedes BallesterosCIEMAT

m.ballesteros@ciemat.es