Alternativas a los procesos industriales desde la biorrefinería

Óscar A. Rojas Rejón
Investigador del Departamento de Procesos Tecnológicos e Industriales 

El futuro nos ha alcanzado. No es un mito que el calentamiento global podría desatar una extinción masiva de especies, o que la escasez de alimentos se agravará e impactará negativamente a los más desfavorecidos, o que la crisis energética doblegará a diversos países de Europa en este invierno.  

Son problemas reales, con componentes multifactoriales, que se irán resaltando conforme la población se incrementa y con ello la necesidad de satisfacer sus necesidades primarias. La generación de alimentos, fármacos, vacunas, energía y componentes de alto valor agregado son solo algunos de los retos que enfrentan las generaciones actuales. Tampoco es desconocido que toda actividad humana tiene un impacto ambiental a diferentes magnitudes, ya sea por el desarrollo de un nuevo negocio inmobiliario en la ciudad o la construcción del Tren Maya.  

La producción de alimentos y compuestos biotecnológicos de alto valor agregado requiere de grandes cantidades de energía y agua, pero se han realizado pocos esfuerzos para cambiar esta realidad. Además, durante su industrialización, se generan subproductos que comúnmente tienen como destino los efluentes municipales y los rellenos sanitarios. Estos subproductos son considerados como residuos y en la actualidad la industria no tiene el desarrollo tecnológico ni el objetivo para lograr una producción sostenible.  

En este contexto nace el proyecto "Evaluación de biorrefinerías avanzadas para la revalorización de residuos agro-alimentarios de la ZMG", el cual busca desarrollar biotecnología transferible a la industria para recuperar los residuos generados y obtener productos de alto valor agregado desde un enfoque sostenible.  

Pero, ¿qué son las biorrefinerías? El concepto nace de la similitud que tiene con el fraccionamiento selectivo de las refinerías en las que se procesa el petróleo, del cual se extraen no solo combustibles sino una infinidad de materias para la industria petroquímica y de la transformación. Así, las biorrefinerías toman el concepto de separar los componentes y mediante bioprocesos convertir esas fracciones orgánicas en compuestos de valor agregado.  

Es común que los residuos tengan composiciones heterogéneas y que esto dificulte los procesos de separación y reconversión. El reto es grande pero la biotecnología aprovecha la selectividad que tienen componentes biológicos, como microorganismos y enzimas, para coadyuvar en la separación y producción simultánea, bajo un esquema integral que mitigue la actividad industrial primaria. Estas estrategias, conocidas como bioprocesos consolidados, se emplean en las biorrefinerías que, a su vez, buscan en todos los sentidos minimizar el consumo de energía, agua y materiales. 

De esta manera es posible diseñar plataformas de biorrefinerías que permitan recuperar las fracciones que ya no tienen un uso en la industria tradicional, convertirlas en productos de alto valor agregado, remover componentes orgánicos de los efluentes industriales, capturar dióxido de carbono e inclusive producir biogás para la generación de bioenergía. Entre los bioproductos que se pueden generar encontramos, microorganismos probióticos, enzimas, ácidos orgánicos, precursores de bioplásticos, biocombustibles, biofertilizantes y agentes de control biológico para cultivos agrícolas.  

El proyecto "Biorrefinerías Avanzadas" fue apoyado por el Fondo de Apoyo a la Investigación 2019 y en él participan investigadores de ITESO y del CINVESTAV-Unidad Guadalajara de Ingeniería Avanzada. Por parte de ITESO, participan activamente el Dr. Carlos González Figueredo con el análisis de simulación y optimización de procesos integrados de biorrefinería, mientras que la Mtra. Alejandra Castellanos Márquez colabora con el análisis de sustentabilidad y el Mtro. Felipe Sánchez Carrillo está a cargo de supervisar las actividades experimentales de la plataforma propuesta. El Dr. Arturo Sánchez Carmona y la Mtra. Gabriela Magaña Mendoza participaron en el diseño conceptual de la plataforma y su modelación para integrar posteriormente la validación experimental y el análisis de sustentabilidad.

Figura 1. Plataforma 2.0 de Biorrefinería Avanzada ITESO. 

En este proyecto han participado más de 25 estudiantes PAP, validando experimentalmente las plataformas propuestas y generando productos que se han presentado en modalidad conferencia y cartel en las ediciones 2019, 2020 y 2021 del Congreso de la Academia Mexicana de Ingeniería Química. Hasta el momento se logró la publicación de un artículo de investigación para un proceso de producción simultáneo de dos microorganismos probióticos diferentes. Actualmente la biorrefinería propuesta ha evolucionado a una versión 2.0 que recupera cinco residuos obtenidos en las industrias del Área Metropolitana de Guadalajara para la producción de hasta 10 diferentes productos sin la necesidad de agregar agua y con la captura simultánea de dióxido de carbono (Figura 1).  Se prevé que la tecnología desarrollada podrá ser probada a escala piloto para su validación y posterior transferencia tecnológica a la industria.