Básicamente, una biorrefinería es una planta industrial que transforma la biomasa en vapor, electricidad, biocombustibles, químicos, plásticos y otros productos de alto valor agregado. El concepto de una biorrefinería se ilustra en la figura 1, y su propósito es aprovechar cada fracción de la biomasa, mediante la integración eficiente de procesos físicos, químicos, termoquímicos y bioquímicos, para generar múltiples productos; y cuando esto se hace a partir de una misma materia prima, los costos de producción y de capital se distribuyen entre los productos, haciendo su manufactura mucho más rentable.

     Ante este panorama, podemos ver la posibilidad de extraer suplementos alimenticios y producir fertilizantes, lo que ayudaría a aliviar el conflicto con las materias primas alimenticias. La idea también es crear una economía circular que recicle tanto nutrientes como otros insumos auxiliares, lo que reduciría las emisiones y su impacto en el medio ambiente y los ecosistemas, permitiendo, a la vez, el ahorro de recursos no renovables. Además, la cadena de valor alrededor de una biorrefinería promovería el desarrollo económico, así como la integración de comunidades, si se usa biomasa producida localmente. 
     Una de las claves para obtener las ventajas potenciales de una biorrefinería consiste en llevar a cabo su integración sistemática, la cual puede darse en distintos niveles, como se muestra en el modelo de cebolla en la figura 2. Dichos niveles pueden, a su vez, agruparse en integración interna o de procesos (intra e inter procesos) y la integración externa (con la cadena de valor y los ecosistemas), como aquí se muestra. 

La integración intra-proceso consiste en conectar los equipos de procesamiento con el fin de posibilitar el intercambio de materia y energía, dentro de un mismo proceso; por ejemplo, si existe una corriente fría que necesita ser calentada —como podría ser un producto que se destila a alta temperatura (biodiésel)— y una corriente caliente que requiere enfriamiento —como el caso de un producto que se obtiene en forma de vapor, pero requiera condensarse, como algún alcohol— éstas pueden intercambiar energía, transfiriendo calor de la corriente caliente a la fría.
     Un ejemplo de intercambio de masa se muestra cuando una corriente de gas —la cual podría provenir de algún proceso, como gasificación de la biomasa— que contiene un cierto contaminante (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, que produce el olor a podrido) se pone en contacto con una corriente de solvente como un alcohol —que podría suministrarse a partir de la fermentación de azúcares— para absorber dicho contaminante. Es decir, la corriente de gas transfiere el contaminante hacia el solvente.
     En el nivel de integración inter-procesos  también se puede dar un intercambio similar; pero, particularmente, puede presentarse en un producto, co-producto o residuo por otra corriente distinta y de un proceso a otro. En este caso, se forman simbiosis o sinergias, en las cuales un proceso provee de materia prima a otro y este último regresa algún recurso material o energético al primero. La figura 3 muestra un ejemplo de integración inter-procesos para una biorrefinería a base de semillas de Jatropha curcas —conocida comúnmente como piñón—.⁴

     La cascarilla o testa se emplea en un proceso compuesto de gasificación, síntesis química y combustión, el cual produce electricidad, calor y metanol. Entonces, este proceso suministra los tres productos a la producción de biodiésel que, a su vez, se obtiene al procesar el aceite. Así transcurren varios principios de una biorrefinería integrada: 1) se utiliza cada fracción de la materia prima, 2) los procesos pueden ser integrados y 3) se logra generar múltiples productos (figura 3).
     Como podrás darte cuenta, la integración de procesos consiste en seleccionar una mejor combinación entre las fuentes de materia y energía disponibles con los requerimientos de materia y energía de los procesos. Pudiera parecer sencillo a simple vista, cuando se habla de un solo proceso con dos o tres corrientes que intercambiar; sin embargo, la complejidad de las biorrefinerías se incrementaría, si se procesara cada fracción de la biomasa, lo que crearía un sinnúmero de corrientes y procesos por combinar; en tal sentido, se debe recurrir a métodos sistemáticos para su integración y optimización.⁵ 

La integración de cadena de valor consiste en incorporar varias industrias interrelacionadas, en las cuales el producto o desecho de una se convierta en la materia prima de la otra, para lograr formar un ecosistema industrial (en analogía con un ecosistema en el que los desechos de una especie se convierten en el alimento de otra).

     En el ejemplo de la biorrefinería a base de piñón, el metanol (CH₃OH) resultante de este proceso se puede también exportar a otro proceso para producir formaldehído (CH₂O) o algún solvente. Así mismo, la electricidad producidad en la biorrefinería en el proceso de secado y acondicionamiento de las semillas. Por otro lado, la concha del fruto que contiene la semilla se puede usar como sustrato para digestión anaerobia y producir biogás como combustible, y el residuo, a su vez, podría ser utilizado como fertilizante para reciclar nutrientes, lo cual nos lleva al siguiente nivel de integración.
     La integración con los ecosistemas consiste en crear interacciones simbióticas abocadas a preservar el ecosistema que da soporte al suministro de biomasa o recibe las descargas de emisiones. Por ejemplo, la aplicación del residuo de digestión anaerobia recicla parte de los nutrientes removidos del suelo agrícola por el fruto de la Jatropha, por lo que tanto el proceso como el ecosistema se benefician. Las aguas residuales de cualquiera de los procesos podrían purificarse en humedales y regresar a los mantos acuíferos.
     Aunque no se muestra en la figura 2, otro nivel de integración involucra a la sociedad y, en este punto, se debe cuidar que las biorrefinerías realmente contribuyan a proveer fuentes de empleo, promover la igualdad y minimizar los riesgos contra la salud.

Se puede concluir que algunos de los factores críticos para que las biorrefinerías alcancen un nivel de eficiencia y sustentabilidad deseado incluyen:

• Desarrollo de tecnologías necesarias para separar y procesar cada fracción de la biomasa y convertirla en múltiples productos. Esto requiere investigación multidisciplinaria, incluyendo agrónomos, biotecnólogos, químicos e ingenieros de proceso entre otros. 
• Una integración sistemática de las tecnologías de procesos, de manera que su funcionamiento, en conjunto, maximice el uso de la biomasa y minimice la generación de emisiones. 
• El análisis de sustentabilidad, para asegurar que el sistema de biorrefinación es realmente más favorable que un sistema de producción basado en materias primas fósiles.

Hasta hoy, muchos de los bienes y servicios que consumimos se originan, principalmente, en de las materias primas fósiles; pero es posible que en el futuro, combustibles, electricidad, medicamentos, componentes plásticos de nuestros aparatos electrónicos y otros bienes puedan generarse a partir de la biomasa; esto podría lograrse de manera económica y amigable con el ambiente y la sociedad, mediante el establecimiento de las biorrefinerías.