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Introducción
Las emisiones globales de CO2 por el uso de combustibles fósiles han aumentado significativamente en las últimas décadas. El Centro de Análisis de Información de Dióxido de Carbono registró que en el periodo de 1970 a 2016, las emisiones de CO2 incrementaron en 90%, y son la combustión de combustibles fósiles y procesos industriales los que contribuyen aproximadamente en 78% del total de las emisiones (Le Quéré et al., 2016). En México, con el incremento de la población y la demanda energética, en los últimos 10 años las industrias del transporte y generación de energía eléctrica han presentado las mayores emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con otros sectores (Conde, Salas, Centeno, Leal y Escalona, 2013). En consecuencia, los efectos negativos en el medio ambiente, así como la dependencia hacia los combustibles fósiles han impulsado la búsqueda de fuentes de biocombustibles renovables y amigables con el ambiente.
Existen estudios que señalan el potencial del uso de residuos de la industria forestal para la generación de energía (McKechnie, Colombo, Chen, Mabee y Machlean, 2011). Cherubini et al. (2009) mencionaron que los mejores rendimientos de generación de bioenergía y disminución de los gases de efecto invernadero se obtienen en los procesos que utilizan residuos como materia prima, ya que se evita el impacto ambiental de la producción de cultivos específicos. Los residuos forestales se consideran renovables, debido a que van de la mano con las actividades forestales, es decir, se puede cultivar nueva biomasa para reemplazar la biomasa utilizada (Akhtari, Sowlati y Day, 2014). En México existe un enorme potencial para la creación de industrias de bioenergéticos a partir de residuos de biomasa forestal, ya que la industria forestal es una actividad de relevancia económica en el país. Sin embargo, es necesario un análisis de las alternativas sobre el manejo y uso de los recursos forestales, así como de los coproductos para lograr una producción forestal sustentable y el aprovechamiento integral de la biomasa. Para esto, se deben estudiar a detalle aspectos ambientales, evaluar las fuentes potenciales de biomasa y la cadena de suministro necesaria para hacer el proceso económicamente viable y sustentable (Baral y Guha, 2004; McKechnie et al., 2011).
En un escenario favorable las industrias de bioenergéticos podrán ser una nueva fuente de empleos, lo cual, además de las ventajas ambientales antes mencionadas, contribuiría en la economía del país. Para esto es necesario combinar acciones, que incluyen cambios en el comportamiento social, en las tecnologías de los vehículos e introducción a biocombustibles y tecnologías innovadoras y sustentables.
En los últimos años, algunos proyectos individuales de bioenergía se han visto obstaculizados por la incertidumbre del mercado y otros problemas de suministro del combustible. En contraste, actualmente existe una alianza “Gobierno Mexicano-Industria-Academia” que tiene como objetivo el desarrollo de proyectos de investigación científica para la producción de bioenergéticos a escala industrial. Los proyectos se enfocan en diferentes áreas, las cuales son biocombustibles sólidos, bioalcoholes, biodiesel, biogás y bioturbosina. Estos proyectos deberán tener un enfoque especial en la disponibilidad y uso de la biomasa como materia prima, por lo que en este trabajo se presenta evidencia de las rutas de producción de energía sustentable a partir de residuos de biomasa forestal (Flores, 2015).
Objetivos
El objetivo del presente trabajo fue describir los diferentes procesos a través de los cuales se puede obtener energía a partir de residuos de biomasa forestal, así como el potencial que tienen estos residuos en la producción de los diferentes tipos de bioenergéticos.
Generación de residuos forestales
El volumen de la producción forestal en México se divide en dos grandes grupos: maderable y no maderable. El primero está constituido por materiales leñosos y el segundo por semillas, resinas, fibras, gomas, ceras, rizomas, hojas, pencas y tallos. Según el anuario estadístico de la producción forestal 2015, la producción forestal maderable en México fue de 6.1 millones de metros cúbicos-rollo (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [Semarnat], 2015). Los principales estados productores fueron Durango (28.5%), Chihuahua (18.1%), Michoacán (7.0%), Jalisco (6.7%) y Oaxaca (6.7%), con una producción total de 4.1 millones de metros cúbicos-rollo. Los principales productos que se obtuvieron durante el año 2015 fueron: madera para aserrío (73.2%), combustibles (leña y carbón) con 11.8% y el restante 15.0% se destinó a celulósicos, chapa, triplay, postes, pilotes y morillos (Semarnat, 2015).
Durante la producción de madera existe una gran generación de residuos, los cuales se dividen en dos clases: 1) los que proceden de operaciones forestales como recolección y extracción y 2) los que se generan en la industria durante el proceso de fabricación de madera. En la tabla 1 se enlista la cantidad de residuos generados en la industria forestal en sus diferentes etapas; en ella se puede resaltar que tan solo 28% del total de un árbol se utiliza como madera y el resto se considera residuo (Food and Agriculture Organization of the United Nations [FAO], 1991).
A diferencia de otras industrias, las forestales tienen la ventaja de poder utilizar sus residuos para contribuir con las necesidades energéticas. Existen diferentes rutas para el aprovechamiento de estos residuos y se describen en la siguiente sección.
Bioenergía a partir de residuos forestales
La bioenergía se define como la energía derivada u obtenida a partir de biomasa, la cual incluye organismos vivos y materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado (Lee y Shah, 2012). Los recursos de biomasa son materia orgánica en la que la energía se encuentra almacenada en enlaces químicos, generalmente en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, en proporciones menores. Las plantas, a través de la fotosíntesis, producen carbohidratos que forman los bloques de construcción de la biomasa (Saxena, Adhikari y Goyal, 2009). Durante la fotosíntesis se captura dióxido de carbono y vapor de agua que, con ayuda de la luz solar, se convierte en glucosa, la cual da origen a almidones, celulosa, hemicelulosa y lignina, entre otros. El término ‘biomasa primaria’ cubre una amplia gama de materiales orgánicos producidos a partir de plantas (Salinas y Gasca, 2009). Las fuentes de biomasa más importantes para la generación de energía son residuos agrícolas, forestales, del procesamiento de la madera y cultivos realizados exclusivamente para su aprovechamiento energético.
Actualmente, la biomasa contribuye aproximadamente en 10% del suministro de energía a escala mundial (Edenhofer, 2011). La biomasa puede ser convertida en tres principales tipos de productos: 1) energía eléctrica y calor, 2) combustible para el sector de transporte y 3) materia prima para la producción de químicos (Cherubini, 2010). En los últimos años, se han desarrollado varias tecnologías enfocadas principalmente en la mejora de algunas formas de biomasa, la optimización en su transporte y almacenamiento y, mayormente, en la conversión de la biomasa a biocombustibles. Los procesos de conversión de la biomasa se clasifican generalmente en termoquímicos y bioquímicos. En la figura 1 se muestran los principales procesos de conversión de biomasa y sus productos energéticos.
Procesos de conversión termoquímica
La conversión termoquímica de la biomasa es la tecnología más utilizada en la actualidad y los principales procesos aplicados para la producción de energía son: combustión, gasificación y pirólisis. La mayor parte de la energía de la biomasa es consumida de forma doméstica y por industrias relacionadas con la madera. Esto se lleva a cabo por combustión directa de la biomasa, para producir calor o vapor que impulsa una turbina o generador para producir electricidad. Los procesos de gasificación se utilizan para convertir la biomasa en un gas combustible o gas de síntesis que se utiliza para impulsar una turbina de gas de ciclo combinado de alta eficiencia o en la producción de biocombustibles líquidos. También, la biomasa es transformada en aceite por pirólisis, el cual es fácil de almacenar y transportar. Todos estos procesos de conversión termoquímica se detallan en las siguientes secciones.
Combustión
‘Combustión directa’ se refiere a la quema de biomasa en presencia de aire, esta combustión es usada comúnmente para convertir la energía química almacenada en la biomasa en calor, energía mecánica o electricidad. Es posible quemar cualquier tipo de biomasa con contenido de humedad menor a 50%; en caso contrario, es necesario un pretratamiento de secado. La combustión de biomasa ha sido comúnmente usada desde la antigüedad a pequeña escala para cocina doméstica y calefacción de espacios. Sin embargo, este tipo de combustión directa es considerada ineficiente debido a que se pierde entre 30% y 90% de transferencia de calor durante el proceso (Demirbas, 2001). La combustión de biomasa a gran escala se puede llevar a cabo en estufas, hornos, calderas, turbinas de vapor y turbogeneradores, en los cuales la transferencia de calor es mucho más eficiente (Tarelho, Neves y Matos, 2011). Actualmente, se ha escalado a plantas industriales en un intervalo de 100 MW a 3000 MW; de esta manera la combustión de biomasa contribuye significativamente al suministro de energía global (McKendry, 2002).
La quema de biomasa produce ciertos contaminantes, incluyendo polvos y gases de lluvia ácida como dióxido de azufre y óxido nitroso, pero la cantidad de contaminantes producidos es 90% menor que los que se producen durante la combustión de carbón y combustibles fósiles (Vanneste, van Gerven, van der Putten, van der Bruggen y Helsen, 2011). Por otro lado, la combustión de carbón es de gran interés debido a que presenta una alta eficiencia de conversión. La cocombustión de biomasa con carbón es un proceso de conversión prometedor, ya que en este se combina la alta eficiencia de conversión y transporte del carbón con reducción en la emisión de gases durante la quema de biomasa (Nussbaumer, 2003).
Nunes, Matias y Catalão (2014) indicaron que para evaluar el potencial de combustión de la biomasa es necesario considerar varios aspectos, entre los cuales se encuentran algunas propiedades físicas y químicas como el contenido de humedad, el contenido de carbono, el valor calorífico y la densidad. Todos estos aspectos son de gran importancia, ya que determinan el uso y la aplicación real que puede darse a cada tipo de biomasa. El valor calorífico se refiere a la cantidad de energía generada por kilogramo de sustancia durante el proceso de combustión. La biomasa de madera y residuos agroindustriales contienen entre 12 MJ/kg y 18 MJ/kg de valor calorífico, mientras que los pellets tienen valores ligeramente superiores (20 MJ/kg) y el carbón contiene 28 MJ/kg. Si bien los valores caloríficos de la biomasa y de los pellets son menores al del carbón, la combustión de biomasa presenta la ventaja de reducir las emisiones de gases contaminantes. Además, si los pellets se producen a partir de residuos forestales, se tiene un doble beneficio ambiental y se crea una fuente de energía renovable.
Gasificación
La gasificación permite convertir la biomasa sólida en un gas combustible a través de una serie de reacciones químicas que se producen a elevadas temperaturas (750 °C - 900°C) con el uso de aire, oxígeno, vapor de agua o una mezcla de ellos como agente oxidante (Martínez, Lora y González, 2015). Con este proceso se pueden producir gases con valor calorífico de 4 MJ/m3 a 6 MJ/m3, los cuales pueden utilizarse para combustión directa o como combustible para motores y turbinas de gas. También, el gas producido puede usarse como materia prima en la producción de otros químicos, caso en el que recibe el nombre de gas de síntesis. La producción de gas de síntesis a partir de biomasa permite la producción de metano, hidrógeno, biogasolina y biodiesel, los cuales son de gran importancia en el futuro de los combustibles (McKendry, 2002).
Pirólisis
La pirólisis es un proceso termoquímico en el cual la biomasa se convierte en líquido (bioaceites y biocrudos), carbón y gases no condensables, ácido acético, acetona y metanol, calentando la biomasa alrededor de 500 °C en ausencia de oxígeno. Este proceso puede ser ajustado para favorecer la producción de carbón, aceites y gas con una eficiencia de 95%. Los tres productos siempre se generan durante este proceso, pero las proporciones pueden variar ajustando los parámetros. En el caso de pirólisis rápida, la biomasa se calienta a 500 °C durante un segundo, con lo que se obtiene un rendimiento de productos de 75% de líquido, 12% de sólido y 13% de gas. Este tipo de proceso es de gran interés para la producción de combustibles líquidos, los cuales pueden almacenarse y transportarse fácilmente, para su posterior uso en la producción de energía y otros productos químicos (Bridgwater, 2012).
Procesos de conversión bioquímica
La biomasa puede transformarse en formas de energía más útiles mediante la diversificación de los procesos aplicados. Existen varios procesos bioquímicos de conversión de biomasa a energéticos que proporcionan ventajas ambientales y económicas, ya que se llevan a cabo bajo condiciones de reacción más suaves en comparación con los procesos termoquímicos. Los procesos bioquímicos más comunes son la hidrólisis enzimática, la fermentación y la digestión anaerobia; los principales bioenergéticos obtenidos a partir de estos son bioetanol, biobutano, biodiesel y biogás. De estos, el etanol es el biocombustible comúnmente producido por fermentación, pero la generación de otros compuestos químicos en un proceso integral es objeto de muchas investigaciones y actividades de desarrollo en la actualidad (Boucher, Chirat y Lachenal, 2014; Hill, Nelson, Tilman, Polasky y Tiffany, 2006; Koppram, Tomás-Pejó, Xiros y Olsson, 2014; Tsuji, Yokota, Kudoh y Hoshino, 2014).
Pretratamiento
El pretratamiento es un proceso requerido previo a la hidrólisis enzimática, el cual consiste en la ruptura de la estructura de lignina y las estructuras cristalinas de celulosa con la finalidad de obtener cadenas de celulosa y hemicelulosa disponibles para las enzimas (Himmel et al., 2007) (Fig. 2). El proceso de pretratamiento puede ayudar a la transformación de los residuos forestales en biocombustibles, con él se incrementa la digestibilidad enzimática y a su vez los rendimientos de producción de azúcares fermentables. En la literatura se pueden encontrar diferentes pretratamientos, los más utilizados se clasifican en físicos, fisicoquímicos, químicos y biológicos y en algunos estudios se utilizan en combinación (Chandra et al., 2007).
El primer paso crítico para una hidrólisis eficiente es el pretratamiento físico, el cual consiste en la reducción de tamaño de la biomasa, ya que se ha demostrado que el tamaño y el contenido de humedad tienen un importante efecto en la posterior hidrólisis (Cullis, Saddler y Mansfield, 2004). Existen muchos tipos de molinos considerados eficientes durante la producción de biocombustibles a partir de biomasa; sin embargo, presentan el inconveniente de requerir grandes cantidades de energía, lo cual a su vez incrementa los costos de producción (Haghighi et al., 2013). Debido a esto, en los últimos años se han estudiado otros procesos físicos y termo-físicos para la reducción del tamaño de partícula. Uno de ellos es el proceso de extrusión, el cual presenta las ventajas de obtener alto cizallamiento de la biomasa, tiempos de residencia cortos, uso de temperaturas moderadas, ausencia de producción de inhibidores, adaptabilidad, fácil escalamiento, funcionamiento en continuo y no produce efluentes (Zheng y Rehmann, 2014). Otro método termo-físico estudiado en los últimos años es la explosión de vapor y se ha demostrado su eficiencia y optimización durante el pretratamiento de residuos forestales (Janzon et al., 2014) y biomasa forestal como materia prima a escala laboratorio (Cotana, Buratti, Barbanera y Lascaro, 2015). Por otro lado, Di Risio, Hu, Saville, Liao y Lortie (2011) evaluaron la hidrólisis enzimática de biomasa forestal pretratada con explosión de vapor en una escala de 200:l, mediante el monitoreo de la producción de azucares fermentables e inhibidores. Los factores estudiados fueron composición del coctel enzimático, cantidad de biomasa y temperatura de hidrólisis, así como las condiciones de pretratamiento más adecuadas. Ellos observaron que después de 48 h de reacción no hubo aumento en la concentración de azúcares, incluso con un aumento de la biomasa forestal, lo cual indica una inhibición severa de la reacción. También determinaron que un pretratamiento de 200 °C durante 8 min conduce a una hidrólisis eficiente; mientras que un aumento en la temperatura por arriba de 205 °C destruye la hemicelulosa, disminuyendo la producción de azúcares. Por lo tanto, se requieren estrategias para solucionar los problemas técnicos de la hidrólisis enzimática a escala industrial para la obtención de azúcares fermentables a niveles comercialmente relevantes. Además, como existe una variación en la composición de los residuos dependiente de su origen, debe realizarse una optimización del proceso y resolución de problemas técnicos para cada caso en específico.
También existen pretratamientos biológicos señalados como eficientes y de bajo costo, que generalmente involucran el uso de hongos productores de enzimas degradantes de la lignina; sin embargo, tienen como desventaja que requieren largos tiempos de incubación (López et al., 2013; Wan y Li, 2012). En contraste con lo anterior, el uso de ácidos en concentraciones diluidas y altas temperaturas (140 °C a 200 °C) logra que la celulosa contenida en la biomasa sea más accesible para la sacarificación enzimática (Cheng y Timilsina, 2011).
En conclusión, un pretratamiento efectivo debe tener las siguientes características: preservar las fracciones de hexosas y pentosas, limitar la formación de inhibidores del crecimiento microbiano durante la fermentación, minimizar la demanda de energía, disminuir costos y no generar efluentes contaminantes (Mosier et al., 2005). Por otro lado, debido a la diversificación de los sustratos, es importante establecer una técnica de recolección de los residuos forestales altamente ordenada, en la cual sea mínima la variación en la composición de la mezcla de sustratos. Una vez establecida la biomasa forestal que se usará para la producción de bioenergía, se requieren estudios de optimización del proceso de pretratamiento a escala industrial que maximicen la posterior hidrólisis enzimática.
Hidrólisis enzimática
Los procesos de conversión bioquímica basados en fermentación requieren la hidrólisis de celulosa y hemicelulosa contenidas en la biomasa para la obtención de azúcares fermentables. La hidrólisis enzimática con celulasas y hemicelulasas, en sinergia, ha sido bien estudiada y presenta la ventaja de tener altos rendimientos de conversión y sus condiciones de reacción son menos corrosivas y tóxicas en comparación con la hidrólisis ácida (Liguori, Amore y Faraco, 2013). En la tabla 2 se muestran estudios recientes de hidrólisis enzimática de residuos forestales con preparados enzimáticos comerciales. En estos estudios se evalúa el rendimiento en la producción de azúcares fermentables para su posterior uso en la producción biocombustibles.
Tabla 2 Hidrólisis enzimática de residuos forestales y su pretratamiento.
| Biomasa | Enzimas | Pretratamiento | Rendimiento | Referencia |
|---|---|---|---|---|
| Residuos de la industria maderera. | Enzimas de Aspergillus Níger (Sigma-Aldrich Co.) | Termo-químico | 130 mg/g azúcares | Jin et al. (2016) |
| Residuos forestales | Cellic Ctec2 (Novozymes) | Fúngico con Ceriporiopsis subvermispora | 40% glucosa 30% xilosa | Ge, Matsumoto, Keith y Li (2015) |
| Tres diferentes residuos forestales | Accellerase 1500 (Genencor) | Termo-físico | 16% - 77% azúcares | Nitsos, Choli- Papadopoulou, Matis y Triantafyllidis (2016) |
| Residuos forestales | Celluclast 1.5 L (Novozyme) | Termo-físico | 55% azúcares | Janzon et al. (2014) |
| Residuos de la industria maderera | Seis diferentes preparados de enzimas comerciales | Termo-físico | 50 mg/ml glucosa 20 mg/ml xilosa | Di Risio et al. (2011) |
| Madera | Cellic Ctec2 (Novozymes) | Termo-físico | 60% - 80% azúcares | Cotana et al. (2015) |
Si bien se ha encontrado que el uso de enzimas es eficiente en la producción de biocombustibles, el costo de estas sigue siendo un desafío. Klein-Marcuschamer, Oleskowicz-Popiel, Simmons y Blanch (2012) realizaron un análisis tecnoeconómico de la producción de biocombustibles con el uso de enzimas, considerando el costo de la materia prima, los tiempos de fermentación y las enzimas. Ellos concluyen que es necesaria la disminución del costo de las enzimas para la obtención de un biocombustible económicamente competente en el mercado. Debido a esto, se han realizado varios estudios acerca de la búsqueda de microorganismos productores de enzimas útiles en la hidrólisis de residuos (Ayala-Mendivil, De los Angeles Calixto-Romo, Amaya-Delgado, Casas-Godoy y Sandoval, 2016), así como de la optimización en la producción de enzimas celulasas (Deswal, Khasa y Kuhad, 2011), hemicelulasas (Kar et al., 2013) y ligninasas (Rodríguez y Sanromán, 2005) a nivel de laboratorio. Una vez optimizada la generación de preparados enzimáticos con actividad lignocelulolítica, la producción podría integrarse en el proceso general de obtención de biocombustibles, como se muestra en la figura 3 y, de esta manera, lograr una disminución de costos de producción.
Fermentación
La fermentación consiste en el uso de microorganismos para convertir un sustrato fermentable en productos recuperables como biomasa, alcoholes y ácidos orgánicos. Las hexosas, principalmente glucosa, constituyen el sustrato más asimilable por los microorganismos, mientras que las pentosas (azúcares de hemicelulosa), glicerina y otros compuestos requieren de organismos específicos o modifiabla cados para llevar a cabo la conversión a etanol. Existen diversos microorganismos que pueden realizar la fermentación de azúcares obtenidos de residuos forestales. Estos dos procesos 1) hidrólisis de los residuos forestales o sacarificación y 2) fermentación, pueden llevarse a cabo por separado o de forma simultánea. En la tabla 3 se presentan estudios recientes de la producción de biocombustibles a partir de residuos forestales mediante hidrólisis enzimática y fermentación.
Tabla 3 Procesos de fermentación para la producción de etanol a partir de biomasa y residuos forestales.
| Bioproceso | Sustrato | Producto | Referencia | |
|---|---|---|---|---|
| Sacarificación | Fermentación | |||
| Pretratamiento ácido y deslignificación con bisulfito de sodio + hidrólisis con enzimas comerciales | Sacharomices cerevisiae FPL-450 | Residuos de madera Bioetanol | Bioetanol 29.7 g/l | Wang et al. (2012) |
| Hidrólisis con enzimas comerciales | Fermentación con Clostridium acetobutylicum NBRC 13948 | Residuos forestales y de la industria de la madera | Mezcla de acetona, butanol y etanol 15.29 g/l | Sasaki et al. (2014) |
| Pretratamiento ácido + hidrólisis con enzimas comerciales | Sacharomices cerevisiae | Residuos forestales | Bioetanol 37.5 g/100 g de azúcares | Messaoudi, Smichi, Allaf, Allaf y Gargouri (2015) |
| Pretratamiento ácido + hidrólisis enzimática (Trichoderma harzianum) | Co-cultivo Sacharomices cerevisiae MTCC 3089 + Pichia stipitis NCIM 3498 | Madera de Populus deltoides | Bioetanol 15.6 g/l | Kaushal et al. (2016) |
| Hidrólisis y fermentación simultánea por Phlebia sp. MG-60 | Madera de Quercus serrata | Bioetanol | Kamei, Hirota y Meguro (2012) | |
| Técnica de fermentación directa utilizando la levadura Mrakia blollopis SK-4 + conversión enzimática con lipasas | Madera | Bioetanol 16 g/l | Tsuji et al. (2014) | |
El biocombustible mayormente producido por fermentación es el etanol, seguido de butanol y acetona. Durante la producción de etanol se utilizan principalmente levaduras que llevan a cabo la fermentación alcohólica, sin embargo, también se ha registrado el proceso de hidrólisis enzimática y fermentación por hongos filamentosos y bacterias. Sasaki, Kushiki, Asada y Nakamura (2014) lograron la producción de la mezcla de etanol, acetona y butanol (EAB) a partir de residuos forestales mediante hidrólsis enzimática y fermentación utilizando una bacteria. En este estudio se comparó la hidrólisis y fermentación llevada a cabo por separado y de forma simultánea, obteniendo un rendimiento de producción de EAB de 15.29 g/l y 13.41 g/l, respectivamente. Otros estudios acerca de la producción de etanol a partir de residuos forestales y de madera presentan rendimientos de producción entre 15 g/l y 16 g/l (Kaushal, Sharma y Dogra, 2016; Tsuji et al., 2014). En contraste, Wang, Zhu, Zalesny y Chen (2012) obtuvieron un rendimiento de producción de etanol de 29.7 g/l; en este trabajo determinaron que para mejorar la eficiencia en la producción de etanol es muy importante aplicar un pretratamiento eficiente de los residuos forestales.
Por otro lado, a medida que la investigación sobre biocombustibles avanza, la producción de lípidos microbianos a partir de biomasa lignocelulósica ha recibido atención considerable. Este interés se debe a que con el uso de lípidos microbianos para la producción de biocombustibles se evita el conflicto del uso de cultivos oleaginosos útiles en la alimentación. Otra ventaja es que se requiere una menor área para su producción en comparación con los cultivos de plantas oleaginosas (Rittmann, 2008). Los lípidos microbianos pueden producirse a partir de azúcares fermentables provenientes de la hidrólisis de residuos forestales (Jin et al., 2015). Actualmente, los trabajos de investigación se centran en la búsqueda de microorganismos oleaginosos y mejoramiento mediante ingeniería genética, métodos de recuperación de lípidos, así como la resolución de retos técnicos y factibilidad económica (Lian, Garcia-Perez, Coates, Wu y Chen, 2012; Niehus, Crutz-Le Coq, Sandoval, Nicaud y Ledesma-Amaro, 2017). La mayoría de los estudios son a nivel de laboratorio y utilizan como sustrato biomasa proveniente de cultivos ricos en almidones, siendo pocos los estudios en los cuales se utilizan residuos forestales (Dien et al., 2016; Lee, Vadlani y Min, 2017).
Transformación bacteriana
La transformación bacteriana involucra la digestión anaerobia de material orgánico biodegradable en un intervalo de temperatura de 30 °C a 65 °C. El principal producto que se obtiene por este proceso es biogás, una mezcla de metano, dióxido de carbono y otras impurezas. Normalmente el biogás obtenido se purifica hasta obtener un gas con un contenido mayor a 97% de metano, el cual puede utilizarse como sustituto del gas natural (Chandra, Takeuchi y Hasegawa, 2012). Otros productos que pueden obtenerse por fermentación bacteriana son acetona, butanol y etanol; para tal fin, la especie Clostridium acetobutylicum ha sido utilizada en numerosas investigaciones (Sasaki et al., 2014). Ahring y Westermann (2007) plantearon un diseño de biorefinería en el cual se encuentran de manera secuencial la producción de etanol con levaduras y una segunda fermentación del residuo con bacterias para la producción de hidrógeno y metano. Además, describen el aprovechamiento integral de la biomasa, así como de todos los subproductos generados durante el procesamiento. Muchas de las investigaciones actuales se centran en la producción de un solo biocombustible; sin embargo, es de gran importancia optimizar el aprovechamiento de la biomasa forestal mediante la generación de coproductos, para así lograr que sea un proceso rentable.
Comentarios finales
En conclusión, los beneficios del uso de residuos forestales para la producción de bioenergéticos son:
Ambientales: la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero con el uso de algunos biocombustibles y revalorización de los residuos forestales que no se utilizan actualmente. Otra ventaja de utilizar residuos forestales como biomasa para la producción de bioenergéticos es que durante su generación no existe el uso de pesticidas ni fertilizantes contaminantes que se utilizan en el caso de cultivos agrícolas y que se han relacionado con el efecto invernadero.
Económicos y sociales: el establecimiento de biorefinerías en el país será una nueva fuente de empleos. Además, con la descentralización de la biomasa forestal y otros residuos lignocelulósicos, estos empleos se generarán en distintas regiones del país, lo cual minimizará el transporte por largas distancias del biocombustible generado. No obstante, para alcanzar estos objetivos serán necesarios incentivos y normas que promuevan y aseguren la calidad de los biocombustibles.
Si bien ya han sido descritas las ventajas de la producción de biocombustibles a partir de biomasa forestal, ahora es importante resaltar los desafíos a los cuales se enfrenta esta nueva tecnología:
Uno de los principales atractivos de los biocombustibles es el menor impacto ambiental durante su combustión, comparado con el del combustible fósil. Sin embargo, es importante considerar el gasto energético y los residuos generados durante su producción; es decir, aún es necesario seleccionar un proceso óptimo para un máximo aprovechamiento de la biomasa. Para esto se necesita hacer una homogenización de las técnicas para comparar las rutas de generación de energía y sus productos, con base en rendimientos energéticos, coproductos y generación de residuos.
Otro aspecto que requiere especial atención es la factibilidad económica de las biorefinerías. Es necesario el aprovechamiento integral de otros subproductos como la lignina y proteínas contenidas en la biomasa forestal, así como otros coproductos generados durante el proceso.
También es necesario establecer políticas y normas estrictas acerca del uso de los residuos forestales de manera sustentable, para evitar la sobreexplotación de este recurso y la deforestación, así como basar la producción de bioenergéticos en diversas fuentes de biomasa en sinergia con los residuos forestales y de madera.
