En años recientes, el concepto de biorrefinerías forestales ha creado mucho interés en la industria forestal, la comunidad académica y los desarrolladores de políticas ambientales. Se trata de un planteamiento atractivo, porque toma en cuenta el precio del petróleo, los límites de los hidrocarburos y los compromisos del Protocolo de Kyoto (reducir la emisión de Gases de Efecto Invernadero —GEI—); en tal sentido, los países ricos en biomasa tienen un gran potencial para utilizar sus recursos naturales de nuevas formas con el fin de lograr el valor máximo, así como una productividad eficiente, dentro del contexto de sustentabilidad.^4,5

  Los productos obtenidos de las biorrefinerías pueden ser categorizados en tres diferentes clases: biocombustibles (ejemplo: biodiésel y bioetanol), bioenergía (energía eléctrica y calefacción), bioproductos químicos y materiales (como el ácido succínico —utilizado en la industria alimenticia y farmacéutica como regulador de acidez, también es precursor de resinas y poliésteres—); todos ellos producidos por una biorrefinería que integra procesos de conversión de biomasa. Es así que la biorrefinería es el concepto análogo de las refinerías de petróleo que producen varios combustibles y productos químicos a base de combustibles fósiles (cuadro 2).

CUADRO 2. EL DESARROLLO DE TIPOS DE BIORREFINERÍAS

Primera generación. Se trata del uso de la biomasa de cultivos, por ejemplo: maíz, soya, palma y caña de azúcar.  Segunda generación. Son aquellas que incluyen una variedad de materia prima, desde la lignocelulósica hasta desechos municipales sólidos; por ejemplo, tallos de maíz. Tercera generación. Incluye la biomasa proveniente de algas. Con esto no sólo se mejora la producción de combustible, sino que se mejora el proceso desde la selección de la materia prima. Cuarta generación. Estas plantas se relacionan con tecnología que combina materia prima genéticamente modificada —que captura grandes cantidades de carbono— con microorganismos sintetizados genómicamente, para producir combustibles en forma eficiente.8

     La madera y los residuos leñosos están constituidos, principalmente, por azúcares que pueden ser convertidos en biocombustibles y bioproductos; sin embargo, estos azúcares se encuentran en una red lignocelulósica compleja que obstaculiza su extracción y conversión. Además, uno de estos azúcares tiene cinco carbonos, por lo cual resulta mucho más difícil de fermentar que los azúcares con seis carbonos, como la glucosa.

Biomasa es la forma elegante de nombrar el material biológico derivado de organismos vivos: plantas y animales. En el contexto energético, la biomasa es definida frecuentemente como un material vegetal, aunque se puede utilizar tanto materia de origen animal como vegetal para producir energía, pues, químicamente se compone de carbono y una mezcla de moléculas orgánicas que contienen hidrógeno, oxígeno y, frecuentemente, nitrógeno. Algunos tipos de biomasa pueden ser incinerados para producir energía; por ejemplo, la madera. 
     Las principales materias primas de la biorrefinería forestal son hemicelulosa, celulosa, lignina y corteza, todas usadas para construir moléculas bloque, químicos, combustibles, polímeros o para disolver la pulpa. La composición típica de los residuos agrícolas es 40-50% celulosa, 25-35% hemicelulosa y 15-20% lignina.⁶

     La biomasa lignocelulósica se compone, principalmente, de celulosa, hemicelulosa y lignina, una de las pocas fuentes capaces de facilitar una producción sustentable de volúmenes significativos de biocombustibles a gran escala. Esta biomasa cumple un rol clave para cambiar la dependencia del mundo de los combustibles fósiles. Especialmente, el material lignocelulósico representa una abundante fuente renovable de carbono, potencialmente convertible en energía, combustibles, productos químicos y fibras de carbono, además de que resulta completamente funcional para reemplazar los combustibles fósiles. La producción integrada de bioenergía, biocombustibles y bioquímicos, a través de procesos altamente tecnológicos de separación y conversión que minimicen el impacto en el ciclo del carbono, define a una biorrefinería. 
     La celulosa puede ser convertida en etanol. Las tecnologías actuales para convertir celulosa en azúcares fermentables usan métodos biológicos a través de hidrólisis ácida y enzimática, combinada con la fermentación, mientras que otras tecnologías utilizan métodos termoquímicos como la gasificación para convertir la biomasa en gas que, después, será convertido en etanol a través de catálisis química o fermentación.⁷
     También la hemicelulosa se puede extraer del material leñoso para convertirlo en furfural —un químico con alto valor en el mercado, que puede ser usado directamente como agente recuperador de aceites, pesticida o precursor de varios derivados—. Algunos de sus principales derivados son el alcohol furfurílico, que se utiliza para producir resinas, furano, ácido furoico y furfurilamina.
     Por su parte, la lignina contiene cantidades importantes de hidrocarburos monoaromáticos; ésta se puede aislar mediante diferentes métodos, para obtener varios tipos de lignina con características diferentes; actualmente, se utiliza como adhesivo o aglomerante.
     Uno de los retos más grandes que tienen las biorrefinerías forestales es separar la lignina en los productos leñosos, pues este proceso debe ocurrir antes de que los azúcares se extraigan. La lignina protege y rodea, con una matriz compleja de polímeros, el material de azúcares celulósicas que interesan para la producción de biocombustibles. 
     Además de considerar la materia prima disponible in-situ, en las prácticas actuales de cosecha se dejan residuos aparentemente inservibles —tallos, ramas y follaje, entre otros— pero potencialmente óptimos para producir energéticos. Estos desperdicios representan entre 15 y 20% de la masa forestal producida que, generalmente, no se utiliza. Si usted está pensando que ésta es otra de las tecnologías que acaban con el ambiente, déjeme comentarle que, con este avance tecnológico, el alimento para animales silvestres o de pastoreo, así como la nutrición de suelos están cubiertos; por eso la biorrefinería integra varios procesos para producir una gama de productos. En el cuadro 1 se toma el ejemplo de la papa, a partir de la cual se producen fertilizantes para los campos agrícolas, alimento para humanos y animales, así como plataformas químicas para el desarrollo de biocombustibles y energía. Es así que se tratan de cubrir varias necesidades con un sistema integrado eficiente.

CUADRO 1. CASOS ILUSTRATIVOS DE BIORREFINERÍAS EN LA INDUSTRIA

En el sector agrícola que utiliza como materia prima la papa, se producen las plataformas para alimentos, papel, adhesivos y textiles —entre otros— con el almidón del tubérculo; de su jugo concentrado se produce alimento para animales y humanos, así como fertilizantes; de sus fibras, alimento para animales; los desechos se utilizan para fertilizar por medio de la composta.      En el caso de la industria láctea, además de producir leche y sus derivados, el estiércol de las vacas se fermenta y el gas se recupera como biogás para ser una fuente renovable de gas natural. La parte acuosa de la fermentación es recuperada y separada para su uso como fertilizantes variados y plataformas de combustibles. El agua, incluso, es recuperada, tratada y reciclada para otros procesos.

     En algunas regiones, estos residuos son recolectados, secados y utilizados como combustible para Plantas de Calor y Poder combinados (CHP, por sus siglas en inglés).
     En otros países, la riqueza de recursos naturales y bajos precios en energía eléctrica han sido los principales obstáculos para promover estas prácticas; no obstante, esto está cambiando, al tiempo que la demanda de energía eléctrica aumenta y crece más que la capacidad diseñada, lo que propicia la elevación de costos, no sólo en la producción de esta energía, sino también para el consumidor final.
     Las biorrefinerías pueden ser diseñadas tomando en cuenta experiencias de las industrias: maderera —de la cual se obtiene pulpa y papel, alimenticia, de biocombustibles y la (petro) química, entre otras; además, conviene considerar que, en esta rama de negocios, sus operaciones muchas veces se centran en la manufactura de un solo producto de valor, mientras que la biorrefinería debe buscar una eficiente elaboración de una variada gama de bienes, si se quiere competir con la industria petroquímica. Tomando en cuenta el tipo de biomasa como materia prima y el producto final deseado, las biorrefinerías utilizan diferentes procesos y tecnologías para transformar la biomasa en fuentes energéticas comerciales; procesos que incluyen: fermentación, gasificación y transesterificación (intercambiar el grupo funcional éster por alcohol); en tal sentido, métodos nuevos y más eficientes son constantemente investigados y desarrollados. Las biorrefinerías sincronizan una variedad de procesos de conversión y diferentes instalaciones, de acuerdo con el rango de procesos —biológicos, químicos y termoquímicos—^** que se utilizan. La optimización y alta eficiencia de los procesos son la clave para que el sistema sea económicamente viable y sustentable.
     La industria de la biorrefinería está tomando ritmo, poco a poco, utilizando mayoritariamente materia prima de segunda generación y preparando una producción a gran escala en los próximos años. La perspectiva actual de actores está conformada por compañías multinacionales de gran escala, así como jugadores con pequeña tecnología interesados en invertir en energía sustentable. Sin embargo, muchos de los grupos de investigación, sociedades y redes multidisciplinarias que se han estado desarrollando se componen, frecuentemente, de expertos en áreas en todas las secciones de la cadena de valor de la biomasa; particularmente, en las tecnologías de segunda generación.⁸
     De este modo, las legislaciones nacionales, así como las instituciones regulatorias (Secretaría de Energía, Comisión Reguladora de Energía, Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación; Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, entre otras) son los principales factores que operan, tanto en el nivel regional como en el nacional, en la comercialización industrial de productos hechos a partir de biomasa.