Mercado de los compuestos químicos bio-basados

La producción biotecnológica de compuestos químicos de valor añadido, compuestos químicos bio-basados, está ganando interés por su vertiente sostenible y la concienciación del consumidor por el medioambiente y los recursos finitos (petróleo). Por ello, la industria invierte en innovación para mejorar la viabilidad y optimizar los procesos biotecnológicos para la obtención de estos químicos bio-basados a partir de fuentes renovables.

Biorrefinerías de segunda generación. En búsqueda de la economía circular sostenible

Es bien conocido que los procesos biotecnológicos forman parte de las Biorrefinerías. Dada la controversia que ha surgido por el uso de materias primas que son empleados para la producción de alimentos, surgió la idea de las biorrefinerías de segunda generación (2G), las cuales emplean como materia prima residuos: agroalimentarios, forestales, desechos y residuos domésticos, urbanos y de otras industrias. El empleo de estas biomasas da respuesta a los dos grandes retos que presenta la sociedad hoy en día, como es reducir el consumo y la dependencia de las fuentes no renovables y reducir la producción y la acumulación de residuos.

Otro de los retos que tienen por delante las biorrefinerías es económico, ya que el modelo productivo actual de estos químicos bio-basados conlleva costes elevados. Son numerosos los estudios que se centran en la optimización de la producción con el fin de reducir los precios de los productos bio-basados y conseguir que sean más competitivos que los productos derivados de las refinerías del petróleo.

Ante este panorama, el ecosistema de innovación invierte en las biorrefinerías de segunda generación, en el aprovechamiento de residuos y subproductos de distintos orígenes en aras de conseguir una producción más sostenible (medioambiental y económicamente) de compuestos químicos que hasta ahora se obtenían del refinado del petróleo.

 

10 grupos de compuestos bio-basados como alternativa a los de fuentes no renovables

Dada la gran variedad de compuestos químicos bio-basados que se obtienen mediante el empleo de las biorrefinerías, se han clasificado en función del uso final que tienen: platform chemical o plataformas químicas; disolventes; polímeros para síntesis de plásticos; pinturas, revestimientos, tintes y colorantes; surfactantes; cosméticos y productos para el cuidado personal; adhesivos; lubricantes; plastificantes y estabilizantes para caucho y plásticos y fibras sintéticas.

Imagen 1. Producción y consumo de compuestos químicos bio-basados en la Unión Europea -28. Fuente: Insights into the European Market of Bio-Based Chemicals. Analysis Based on Ten Key Product Categories, EUR 29581 EN, Publications. Spekreijse, J., T. Lammens, C. Parisi, T. Ronzon, and M. Vis. 2018.

 

Tal y como se desprende de la imagen 1, en la Unión Europea-28 (UE-28) el consumo de ciertos productos supera la producción, lo que señala la dependencia de las importaciones. La imagen 2 muestra el detalle de las importaciones, así como el mercado y la previsión de crecimiento anual para los próximos 5 años.

 

Imagen 2. Cuota de mercado, dependencia de importaciones y previsión de crecimiento anual, para los distintos químicos bio-basados en la UE-28. Fuente: Insights into the European Market of Bio-Based Chemicals. Analysis Based on Ten Key Product Categories, EUR 29581 EN, Publications. Spekreijse, J., T. Lammens, C. Parisi, T. Ronzon, and M. Vis. 2018.

A continuación se comentan cada uno de los grupos de productos bio-basados señalando el tipo de productos y aplicación así como los retos a abordar en el corto-medio plazo.

1. Platform chemicals o plataformas químicas bio-basados.

Se trata de compuestos químicos que pueden servir como base para la síntesis de otros compuestos químicos de interés, como por ejemplo el ácido láctico, que puede ser empleado para la síntesis de propilenglicol o lactidas, que pueden ser a su vez empleados como base para la síntesis de poliéster o ácido poliláctico (PLAs) respectivamente.

Atendiendo a la producción anual por compuestos en la UE-28, los más relevantes son el ácido acético (24 kt/a) y ácido acético anhidro (10 kt/a), propilenglicol (20 kt/a) y ácido láctico (64,5 kt/a) y epiclorhidrina (36 kt/a). Entre los compuestos que se consumen en la UE-28, pero que actualmente se importan encontramos el etileno, etilenglicol (EG) y ácido sebácico.

Retos a abordar: En la actualidad, se están proyectando y construyendo nuevas plantas de producción biotecnológica de plataformas químicas, hará que la cuota de mercado de estos compuestos aumente rápidamente. También se necesita buscar materias primas que sean más económicas que las que se están empleando actualmente, como por ejemplo residuos de la industria alimentaria.

2. Disolventes

Engloba a todos los compuestos que tienen la capacidad de disolver sustancias sin cambiar su estructura química. Los disolventes orgánicos bio-basados se pueden dividir en tres grupos: oxigenados, hidrocarbonados y halogenados

Entre los disolventes producidos biotecnológicamente más representativos encontramos el acetato de etilo (36 kt/a) y trementina o aguarrás (70 kt/a). Otros disolventes bio-basados que son consumidos en la UE-28 pero no producidos son: iso-butanol, lactato de etilo y acetona.

Retos a abordar: Los disolventes halogenados aún no se producen biotecnológicamente a escala industrial, y se consideran procesos que todavía se encuentran en un TRL8. Uno de los principales retos es conseguir es la mejora de procesos que redunde en mayor medida en una reducción de las emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), así como cuestiones de salud y seguridad, que en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Todo esto, junto a los altos costes de producción que presentan estos químicos bio-basados, mantiene a los solventes de base biológica limitados a aplicaciones como pinturas, revestimientos, tintas, productos farmacéuticos y cosméticos

3. Polímeros para plásticos.

Estos polímeros podrían suponer una clara alternativa a los producidos a partir de fuentes no renovables y se alinean con los objetivos marcados por Europa para 2030.

Entre los polímeros con mayor peso encontramos distintos plásticos biodegradables como el almidón empleado para plásticos (130 kt/a), PHA (2,3 kt/a) y PLA (7 kt/a). Además, en función de los monómeros que forman estos plásticos, existe un gran abanico de posibilidades en función de la aplicación deseada. Por otro lado, tenemos los plásticos no biodegradables como el bio-polietilenglicol y el bio-tereftalato de polietileno.

Retos a abordar. En la actualidad existe poca armonía entre la producción biotecnológica de bio-plásticos y las empresas de reciclaje de plásticos derivados de recursos fósiles, a lo que se une la poca inversión e infraestructuras para la síntesis de bio-plásticos. Por otra parte, se está trabajando en la reducción de los costes de producción de estos bio-plásticos y que puedan ser más competitivos en el mercado actual.

4. Pinturas, tintes, colorantes y revestimientos

Estos compuestos se obtienen de la mezcla de otros como disolventes o polímeros. Entre los más destacados encontramos el poliuretano (39 kt/a) que es parcialmente bio-basado, y resinas alquídicas (432 kt/a) de producción completamente biotecnológica. El ácido ricinoleico es un aditivo bio-basado que aún no tiene representación en el mercado.

Retos a abordar: Como en la mayoría de los químicos bio-basados, uno de los principales objetivos es la reducción de los costes de producción. Además, se está buscando la forma de alcanzar calidades más parecidas a las obtenidas en la refinería de distintas fuentes no renovables.

5. Surfactantes

Este grupo de compuestos está formado por moléculas con unas características químicas especiales, denominadas moléculas anfipáticas, con un extremo hidrofílico y un extremo hidrofóbico. Estos compuestos se emplean para fabricar suavizantes, detergentes y en la producción de papel. La mayoría de los surfactantes son obtenidos a partir de aceites vegetales (84 %); algunos ejemplos son los glucolípidos (10 kt/a), soforolípidos (50 kt/a) y esterquats (130 kt/a). También se producen algunos surfactantes a partir de azúcares, alquil poliglucósido (50 kt/a), y a partir de almidón, carboximetilalmidón (25 kt/a).

Retos a abordar: Como se ha comentado anteriormente, es necesaria la búsqueda de fuentes de materias primas que sean más económicas y también economizar los procesos de purificación. Así mismo, uno de los objetivos es la sensibilización de la sociedad por los surfactantes bio-basados. 

6. Cosméticos y productos de cuidado personal

En este grupo se incluyen los productos de limpieza personal para el baño (jabones), maquillajes, desodorantes, perfumes, productos para el cuidado de la piel, para el afeitado y cremas de protección solar. Mas de 5.000 ingredientes son empleados actualmente por la industria cosmética, por ello, son numerosas las posibilidades de desarrollo de biorrefinerías para la producción de todos estos químicos bio-basados. Entre ellos, los más representativos son el xantano (44 kt/a), dodecanol o lauril alcohol (100 kt/a), alcohol cetoestearílico (100 kt/a). Otros compuestos con un valor elevado en el mercado cosmético y con base de producción biotecnológica son el limoneno (4 kt/a) y la vanilina (1,5 kt/a).

Retos a abordar: La principal limitación en mercado es que forman parte de una formulación en la que suelen predominar los productos de síntesis química, motivo por el que se complica el uso del claim “bio” (aspecto demandado por el consumidor actual).

7. Adhesivos

Estos se producen en gran parte a partir de madera y aceites vegetales. La mayoría de los adhesivos son mezclas entre monómeros de polímeros y disolventes. Algunos de estos son: metacrilatos (10 kt/a), alcohol furfurílico (40 kt/a), resinas expóxicas (4 kt/a) y talloil (141 kt/a). Estos compuestos se pueden emplear para fabricar pegamentos, pinturas, revestimientos o en la industria de fundición.

Retos a abordar: Garantizar los mismos estándares de calidad en todos los productos, manteniendo así una calidad constante, y conseguir mejorar su reciclabilidad son los principales retos tecnológicos a abordar. Actualmente se está produciendo una sensibilización hacia el empleo de adhesivos derivados de fuentes fósiles, se está incrementando la actividad en I+D para estos químicos, se están encontrando nuevas aplicaciones para estos compuestos y las medidas en base a la regulación sobre su empleo está estimulando la demanda de estos adhesivos bio-basados.

8. Lubricantes

Se trata de sustancias que reducen la fricción entre superficies en contacto, reduciendo la temperatura generada cuando éstas se mueven. Muchos de estos lubricantes incluyen compuestos bio-basados, en especial, ácidos grasos, alcoholes grasos y glicerol. Se emplean en motosierras, motores y textiles entre otros.  Entre estos encontramos: ácidos grasos de talloil (2 kt/a), ésteres metílicos de ácidos grasos (116 kt/a) y ésteres de ácidos grasos de polietilenglicol (50 kt/a).

Retos a abordar: Hoy en día el consumidor tiene poca información acerca de este grupo de químicos bio-basados. Por otro lado, es necesario obtener lubricantes con ciertas características físico-químicas, como que no tengan olores fuertes, que sean estables frente a la oxidación y con viscosidades determinadas. En general, uno de los principales impulsores de estos químicos bio-basados, es la legislación y regulación de su empleo como lubricantes en distintos sectores.

9. Plastificantes

Los plastificantes o dispersantes son un grupo de aditivos que incrementan la plasticidad o disminuyen la viscosidad de los materiales. El compuesto bio-basado más representativo o con mayor producción de este grupo es el ácido succínico (23 kt/a) y en menor medida el ácido azelaico (12,8 kt/a). Otro de los plastificantes bio-basados con gran importancia es el aceite de soja expoxidado o ESBO, pero este compuesto aún no se produce en la UE. Estos agentes plastificantes se emplean en la producción de plásticos.

Retos a abordar; Uno de los principales retos que se plantea en el mercado de los plastificantes bio-basados es el de reducir los costes de producción, para hacer que el proceso sea económicamente viable. Estos esfuerzos para reducir los costes de producción se deben centrar en producir estos compuestos a partir de materias primas que resulten más económicas.

10. Fibras sintéticas

Este grupo lo componen polímeros que constituyen fibras con varias aplicaciones, forman parte de un gran número de productos de consumo e industriales. Estos compuestos se emplean en la industria textil, alfombras, cables, moldes y tuberías entre otros. Algunos de los compuestos bio-basados más característicos de este grupo son el rayón 600 (kt/a), el acetato de celulosa (165 kt/a), poliamida-11 (23 kt/a) y poliamida-4,10 (1kt/a). Otro compuesto que podría ser importante en este grupo es el tereftalato de polietileno, del cual aún no hay producción con base biotecnológica. Se trata de compuestos biodegradables y con un mercado en crecimiento.

Retos a abordar: La legislación para el empleo de estas fibras aún no está muy definida en la UE-28, además de ello, la financiación e inversión en estos procesos es demasiado baja. Así mismo, la reducción en ellos costes de producción pueden hacer que el mercado de las fibras bio-basados crezca con fuerza.

Una sociedad más concienciada con el medioambiente y una industria comprometida con el desarrollo sostenible hace que el mercado de los bio-basados sea un reto y una oportunidad al mismo tiempo. Estamos trabajando en distintas iniciativas, como URBIOFIN o REFUCOAT, con el fin de desarrollar soluciones tecnológicas para apoyar a empresas y emprendedores.

Los nuevos modelos de Biorrefineria de Segunda Generación será un tema que abordaremos en Smart Chemistry Smart Future, evento organizado en el marco de EXPOQUIMIA con el fin de mostrar la contribución de la Industria Química a la sociedad.    Esta iniciativa ha sido financiada por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial) en el marco del convenio de colaboración con AINIA para desarrollar actividades de I+D+i que sean transferibles al tejido industrial.

Fuentes

Spekreijse, J., T. Lammens, C. Parisi, T. Ronzon, and M. Vis. 2018. Insights into the European Market of Bio-Based Chemicals. Analysis Based on Ten Key Product Categories, EUR 29581 EN, Publications

Panchaksharam, Y., Kiri, P., Bauen, A., Vom Berg, C., Puente, A., Chinthapalli, R., Spekreijse, J., Vos, J., Pfau, S., Rübberdt, K., Michels, J. & König, L. Roadmap for the Chemical Industry in Europe towards a Bioeconomy (2019), Action Plan, Road to Bio.