Residuos sólidos urbanos (RSU) son todos los materiales que se desechan en los hogares como resultado de las actividades domésticas, de igual modo que en los establecimientos formales e informales que tienen características domiciliarias, además de los resultantes de la limpieza en vías y lugares públicos.²
     Es facultad de los estados de la república operar los sistemas de gestión de los residuos sólidos urbanos, como transporte, almacenamiento, tratamiento y disposición final.³ De los RSU, 65% llega a rellenos sanitarios, 22% se deposita en tiraderos a cielo abierto y sólo 5% es reciclado.⁴
     En nuestro país, los RSU destacan por su alto contenido de materia orgánica, pues más de 60% de ellos está constituido por material biodegradable, principalmente residuos de comida, papel y cartón (figura 1), denominados genéricamente fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). Considerando que en el país se produce un promedio de 115,600 toneladas/día⁴ de RSU, lo anterior supondría una producción de 69,360 toneladas de FORSU por día.
     La gestión adecuada de los residuos urbanos consiste en tratar por separado la FORSU de la fracción inorgánica —vidrio, plástico, metales— puesto que así se evitan dos problemas muy importantes: la saturación acelerada del espacio destinado al confinamiento de los residuos urbanos y la producción fuera de control de gas metano, el cual contribuye 25 veces más que el dióxido de carbono al calentamiento global.⁵
     El tratamiento y aprovechamiento de la FORSU se puede realizar a través de su incineración o de métodos biotecnológicos, como el compostaje y la digestión anaerobia.⁶ De estos últimos, la fermentación oscura^III y la digestión anaerobia permiten la recuperación de la energía contenida en los residuos, así como obtener un residuo con aplicación potencial con una función de mejorador de suelos agrícolas. Además, utilizando otros métodos biotecnológicos, como los que se verán más adelante, se podría obtener bioproductos de alto valor agregado, tales como enzimas o sacarificados.⁷

El hidrógeno y el metano son muy atractivos como biocombustibles. Por un lado, el primero tiene un poder calorífico tres veces superior al de la gasolina, además de que su combustión no genera dióxido de carbono, sino agua; por otro lado, el metano puede ser distribuido con facilidad por no requerir infraestructura diferente a la del gas natural (gasoductos, plantas de ciclo combinado, etc.). El potencial de aplicación del metano es tal que, durante el año 2012, 41.2% de la oferta interna de energía en México se obtuvo a partir del metano en forma de gas natural.⁸ 

     Pero el empleo del hidrógeno y el metano no se limita sólo a su capacidad de combustión para generar energía, también son ampliamente utilizados como reactivos en la industria química: el hidrógeno se usa en la producción de amoniaco y metanol, en el fraccionamiento o disminución de tamaño de los hidrocarburos y en la hidrogenación de grasas y aceites, entre otras aplicaciones.⁹ El metano se usa para producir cianuro de hidrógeno, disulfuro de carbono, metanoclorados, gas de síntesis; los cuales son, a su vez, precursores muy importantes de una gran variedad de productos, entre los que destacan explosivos, plásticos, medicinas, insecticidas, fertilizantes, etc.¹⁰
     A través del mecanismo biológico de descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno —lo que se refiere a la fermentación oscura— se puede procesar grandes cantidades de biomasa para la producción de hidrógeno. En este proceso, la biomasa se convierte en ácidos orgánicos y solventes, además de hidrógeno. Teóricamente, por cada kilogramo de glucosa —azúcar que conforma la celulosa y principal material constituyente de la biomasa vegetal— se generarían cerca de 500 litros de hidrógeno, con lo cual se podría abastecer casi la mitad de la electricidad que utiliza un hogar en un día, con un consumo promedio.
     Durante el proceso de digestión anaerobia, los ácidos orgánicos y los solventes producidos durante la fermentación oscura continúan degradándose hasta su conversión última en metano y dióxido de carbono.
     En tales condiciones, se alcanzan concentraciones de metano de 55 a 75%, y de dióxido de carbono de 22 a 45%. 
     Las instalaciones para llevar a cabo estos procesos son, en general, simples y sus requerimientos de espacio y energía son bajos.¹
     El acoplamiento de la fermentación oscura hidrogenogénica y la digestión anaerobia metanogénica ha presentado dos ventajas importantes: i) una mayor producción de metano comparado con una digestión anaerobia aislada, y ii) permite la obtención de un combustible amigable con el ambiente.^{11, 12}

Las enzimas forman parte de un grupo de bioproductos de gran interés industrial, y la importancia de éstas radica en su especificidad, ya que cada enzima actúa exclusivamente sobre un determinado tipo de moléculas y sólo es posible obtenerlas a partir de seres vivos, como los microorganismos, plantas y animales. Las celulasas y las xilanasas son grupos de enzimas de interés industrial, las cuales son utilizadas para convertir los materiales celulósicos en sus azúcares constituyentes para que, posteriormente, éstos puedan ser transformados en otros bioproductos.¹³ El proceso de obtención de azúcares es conocido justamente como sacarificación.
     La biomasa lignocelulósica —que está constituida principalmente por celulosa y lignina, dos de los biopolímeros más abundantes en la tierra— requiere pretratamientos para que las celulasas y xilanasas puedan romper la biomasa de manera más eficiente y permitan liberar los azúcares contenidos en ella; los cuales son utilizados como sustrato en diferentes bioprocesos. Un ejemplo de esto es precisamente la producción de alcohol, tanto de uso alimenticio (cerveza, vino), como de uso combustible (bioetanol). En estos casos las levaduras —microorganismos encargados de producir el alcohol— no pueden alimentarse de materia orgánica compleja, o materia sin degradar. Estos microorganismos prefieren los azúcares sencillos (glucosa, fructosa, pentosas) que se pueden obtener al poner en contacto ciertas enzimas con la biomasa vegetal.

En el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), del Instituto Politécnico Nacional, se ha realizado la integración de cuatro bioprocesos en un modelo de biorrefinería, denominado H-M-Z-S, por sus etapas constituyentes: etapa H para la producción de hidrógeno, etapa M para la producción de metano, etapa Z para la producción de enzimas y etapa S para la producción de sacarificados. 
     El doctor Héctor M. Poggi-Varaldo y la doctora María Teresa Ponce-Noyola, directores de esta investigación, han conjugado sus conocimientos y experiencia en digestión anaerobia y fermentaciones para poder establecer esta nueva línea de investigación.
     La biorrefinería H-M-Z-S (figura 2) inicia con la alimentación de la FORSU en el biorreactor de la etapa H, cuyo fin es la producción de hidrógeno y de FORSU fermentado, y con el cual a su vez se alimentan los demás procesos constituyentes de la biorrefinería: la digestión anaerobia para la producción de metano (etapa M), la producción de enzimas usando el hongo Trichoderma reesei (etapa Z) y la producción de sacarificados (etapa S).  

Para concluir, queremos destacar algunos aspectos importantes para impulsar el desarrollo de las biorrefinerías en nuestro país, los cuales han sido identificados, como:
     Alta disponibilidad de biomasa. En nuestro país existen ciudades con una alta generación de FORSU, la cual se está desaprovechando y, en el peor de los casos, está contribuyendo al calentamiento global.
     Versatilidad en la generación de biocombustibles y bioproductos. No hay un modelo único de biorrefinerías, por lo que se puede diseñar de acuerdo con la situación geográfica, estacional y económica.
     Desarrollo de la industria biotecnológica y reducción de la dependencia de combustibles fósiles. La industria de generación de biocombustibles y bioproductos impulsaría la creación de nuevos empleos y el desarrollo de tecnologías limpias.