La biomasa, es decir, las materias primas biológicas cultivadas, son un gran tesoro. La comemos, la alimentamos, la quemamos o la utilizamos. Lo que queda suele convertirse en abono, en vertederos o en incineración. Sin embargo, en cada residuo no utilizado todavía hay potencial. Una forma de aprovechar este potencial es mediante biorrefinerías inteligentes e integradas. A diferencia de las biorrefinerías convencionales, en las que, por ejemplo, las empresas químicas extraen un bioquímico especial de una materia prima biológica especial, estas combinan varios procesos de conversión.

El Dr. Nader Marzban es investigador del Instituto Leibniz de Ingeniería Agrícola y Bioeconomía (ATB) y autor principal del artículo conceptual "Biorrefinerías integradas inteligentes en la bioeconomía: un concepto hacia la reducción de residuos cero, la reducción de emisiones y la producción de energía autosuficiente". Lo describe así: "Existen muchas tecnologías de conversión que generan materiales valiosos a partir de la biomasa. Entre ellas se incluyen, entre otras, la fermentación microbiana, como la digestión anaeróbica, y la pirólisis. La digestión anaeróbica, por ejemplo, produce biogás, por lo que el digestato restante todavía contiene compuestos orgánicos valiosos.

"En lugar de utilizarlo como fertilizante, como se hace tradicionalmente, podemos convertir este digestato en sustancias húmicas artificiales mediante la humificación hidrotermal. Al introducirlo en el suelo, estabiliza la diversidad bacteriana y mejora la salud del suelo. Otro enfoque prometedor es la combinación de la fermentación anaeróbica con la pirólisis, es decir, la carbonización.

"En este caso, el biocarbón actúa como catalizador y aumenta la eficiencia de la producción de biogás. Al mismo tiempo, el biocarbón se enriquece con nutrientes. De este modo, puede mantener los nutrientes disponibles en el suelo durante mucho tiempo y, dependiendo de las condiciones del proceso, almacenar carbono durante más de un siglo.

"Otro ejemplo es la fermentación. Si se añade biocarbón, se descomponen los inhibidores de la fermentación, lo que aumenta significativamente la producción de etanol y ácido láctico. Además, el biocalor y la electricidad generados durante la pirólisis se pueden utilizar para la fermentación, lo que reduce la dependencia de fuentes de energía externas. Las emisiones de CO₂ de la pirólisis se pueden capturar y utilizar para el cultivo de algas, que a su vez sirven como fuente alternativa de proteínas".

El potencial de las biorrefinerías inteligentes es inmenso, pero también lo es el número de optimizaciones posibles. Los procesos industriales como la digestión anaeróbica , la fermentación, la pirólisis, la carbonización y la humificación tienen parámetros ajustables y se pueden combinar de diversas maneras. En lugar de depender de un solo tipo de biomasa, los investigadores trabajan con 90 materias primas diferentes que varían regional y estacionalmente. Al definir objetivos clave y parámetros ajustables para cada proceso, se crean millones de escenarios potenciales.

El Dr. Marzban señala: "Investigar todos estos escenarios experimentalmente sería extremadamente costoso y requeriría mucho tiempo. Sin embargo, el tiempo es un lujo que no podemos permitirnos. Nuestra economía sigue dependiendo en gran medida de materias primas fósiles. Ya estamos viendo los efectos negativos. Por eso confiamos en simulaciones impulsadas por IA para identificar los enfoques más eficientes. Como científicos de procesos, avanzamos paso a paso y optimizamos inicialmente los subsistemas, que luego conectamos gradualmente para combinarlos en un todo más grande".

La experiencia global en la industria y los amplios resultados de investigación, incluidos los de ATB, brindan una rica base de datos para el desarrollo futuro de los procesos de conversión de biomasa existentes. Las tecnologías clave son sensores que miden directamente en los procesos y ayudan a comprender mejor las interacciones entre productos y procesos, así como inteligencia artificial, gemelos digitales y técnicas avanzadas de modelado. Al aprovechar los datos, las capacidades de procesamiento y los algoritmos, se pueden desarrollar biorrefinerías integradas inteligentes que sean adaptables y escalables y puedan procesar miles, si no millones, de escenarios.

La profesora Barbara Sturm, directora científica de ATB y autora correspondiente del artículo, explica: "Las biorrefinerías integradas inteligentes se pueden desarrollar utilizando redes y diálogos entre diferentes sistemas modelados y luego validarse en la realidad. Este proceso de validación permite la identificación de lagunas y el descubrimiento de oportunidades ocultas, que se pueden abordar ya sea readaptando tecnologías y sistemas existentes o introduciendo soluciones innovadoras como sustancias húmicas artificiales.

"En este enfoque sistémico, cada componente de la biorrefinería busca activamente conexiones con otros, formando redes más grandes e integradas. Este sistema simularía constantemente los próximos pasos para encontrar la mejor manera de lograr los objetivos definidos. Eso mejorará la sostenibilidad y la circularidad dentro de los modelos bioeconómicos, creando empleos y apoyando a los responsables de las políticas. Nuestra visión es lograr una economía de base biológica más resiliente, eficiente y preparada para el futuro a través de esta integración sistémica".

El enfoque integrado podría permitirnos crear una bioeconomía verdaderamente sostenible, sin residuos y respetando los límites del planeta. Aumenta la rentabilidad y la competitividad, algo que se necesita con urgencia dado el menor coste de los productos fósiles. No obstante, el apoyo gubernamental y las intervenciones políticas son cruciales para facilitar y acelerar la transición a tecnologías verdes.

A largo plazo, las biorrefinerías inteligentes e integradas serán sin duda más rentables que los sistemas centrados en un único proceso. Además, reducirán la necesidad de importar materias primas y, por tanto, aumentarán la resiliencia de nuestros sistemas económicos.

[Este contenido procede de Techxplore. Lee el original aquí]