La Dra. Jen Vanderhoven, COO de la Asociación de la Industria BiO basada y biodegradable (BBIA), discute la próxima generación de materiales derivados biológicamente: materiales biológicos.
La industria química se encuentra en una encrucijada ante el cambio climático en aumento, el agotamiento de los recursos y la creciente demanda de alternativas sostenibles. Petroquímico, la base de los materiales modernos, ha traído avances prominentes durante el siglo pasado. Pero también nos atrapó en una dependencia fósil y en un modelo de independencia lineal de Take-Make donde los planetas ya no pueden permitirse.
En los últimos 20 años, el concepto de química verde ha sido un factor poderoso en la reforma, proporcionando procesos más limpios, ingredientes más seguros y reduciendo significativamente la huella ambiental. Estos avances proporcionan la base para la transición de hoy y demuestran que la química puede evolucionar hacia un modelo más responsable. Sin embargo, muchas de estas innovaciones se centran en minimizar el daño en lugar de maximizar las ganancias. Los polímeros biológicos son un paso adelante importante, que son «menos dañinos» que los plásticos tradicionales, pero la verdadera oportunidad es en el camino, creando materiales que no solo son sostenibles, sino también rentables, performadores y fáciles de expandir.
Ahora está surgiendo un nuevo paradigma: materiales biovetter. Estos materiales derivados de la biología de próxima generación no solo tienen como objetivo igualar los equivalentes basados en fósiles, sino que también están diseñados para superarlos en funcionalidad, seguridad y ciclicidad. Este es un replanteamiento químico no como un acto de cambio, sino como un acto de innovación. Para tener éxito, debe equilibrar tres fuerzas: costo, rendimiento y sostenibilidad.
Por qué la sostenibilidad solo no es suficiente
La transición a una economía circular es uno de los desafíos cruciales del siglo XXI, con el sector químico global en su corazón. La industria es responsable de casi el 10% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, apoyando todo, desde el embalaje hasta la construcción, la electrónica y los productos farmacéuticos.
La sostenibilidad es esencial, pero muchas innovaciones biológicas hasta ahora se han enmarcado como alternativas de entrega. Intercambia materias primas derivadas de fósiles o ingredientes por equivalentes biológicos mientras mantiene la misma estructura y funcionalidad moleculares. Esto reduce la huella de carbono, pero también conserva la lógica química química optimizada para la disponibilidad de aceite, en lugar de los resultados ambientales o de rendimiento. Por esta razón, las versiones biológicas a menudo luchan por competir en costos y rendimiento. Sin embargo, sin un borde funcional convincente, la captura sigue siendo limitada.
Para transformarse realmente, los sectores deben ir más allá de la alternativa, y en lugar de pedirle a la biología que imite la petroquímica, deberíamos preguntar: «¿Cómo se ve la química cuando comenzamos la biología?»
Rendimiento como factor crítico
Durante décadas, una compensación implícita ha sido que, si bien las versiones fósiles existentes basadas en biológicas son más sostenibles, existen posibles problemas de rendimiento. Pero esa suposición ahora se está separando. Hoy, Biology ofrece kits de herramientas para enzimas, microorganismos y vías metabólicas, lo que le permite diseñarlo para generar copias de moléculas completamente nuevas, así como copias de las moléculas existentes. Estos materiales son inherentemente compatibles con los sistemas biológicos y pueden superar a las personas existentes con sistemas heredados basados en fósiles.
El rendimiento es un factor importante en el reclutamiento. El material «verde» rara vez sobrevive más allá de las escalas piloto, cuesta más y funciona. Por el contrario, los materiales biobetter más fuertes, más ligeros, seguros o más versátiles crean demandas únicas, independientemente del origen. La sostenibilidad no es el único punto de venta, sino la ventaja incorporada.
Por ejemplo, el furanoato de polietileno (PEF), derivado de azúcares vegetales, tiene propiedades de barrera de gas mucho mejor que PET y crea botellas que retienen el oxígeno durante más tiempo mientras aún están completamente reciclables. Puede soportar el calor de hasta 110 ° C y supera los PS y PET convencionales con resistencia térmica. Tantos son progresos, no compromisos. Demuestran que la sostenibilidad, a expensas del rendimiento, la fortalece y la amplifica.
Costo: puntos de presión implacables
Incluso con un excelente rendimiento, el costo sigue siendo una barrera importante. Los productos químicos y los materiales a base de fósiles han estado financiando durante décadas en función del desarrollo de la infraestructura de refinería de petróleo, los procesos desarrollados para ser extremadamente eficientes y las economías de escala del vasto volumen global requerido.
En contraste, los productos químicos y materiales biológicos a menudo emergen de la fermentación a pequeña escala o los procesos enzimáticos, que luchan por lograr la paridad de costos. A pesar de los grandes avances en biología sintética e ingeniería de stock, la economía de la biomanufactura a gran escala sigue siendo poco competitiva con la producción de productos químicos, combustibles y materiales derivados de fósiles, particularmente a granel, combustibles y materiales. La mayoría de las infraestructuras de fermentación están optimizadas para productos de alto valor y baja capacidad en lugar de los sistemas de alto rendimiento ultraeficientes necesarios para competir en el mercado de productos básicos. Además, la esterilización de vapor, los bajos rendimientos y los procesos de extracción complejos significan que algunos bioquímicos tienen huellas de carbono más altas de lo esperado.
Pero la economía está cambiando. La eficiencia metabólica, menos pasos de proceso y necesidades de purificación más bajas pueden hacer que las bioproducciones sean más competitivas a medida que las tecnologías innovadoras maduren. Además, los cambios en los mercados fósiles volátiles, los precios y las regulaciones de carbono comienzan a escalar.
Demanda de sostenibilidad circular
Más allá del rendimiento y los costos, los materiales de BioBetter están diseñados con el final de la vida en mente. Por ejemplo, en lugar de durar siglos, muchos de estos nuevos materiales se pueden romper de manera segura en el compostaje industrial o doméstico, lo que permite que el carbono se devuelva al suelo o que produce biometano.
El mercado global de polímeros a base de bio se está expandiendo rápidamente. Según el Nova-Instituto, creció de 4.5 millones de toneladas en 2022 a más de 6.5 millones de toneladas en 2024, con envases, textiles y automóviles que avanzan.
Sin embargo, aún existen barreras en el sector de productos químicos y materiales de base biológica. Por ejemplo, los titulares de fósiles aún se benefician de la escala y los subsidios, la biomasa de obtención sin conflicto de uso de la tierra es compleja, y la confusión continúa sobre las definiciones de «biodegradable», «compostable» y «basado en bio».
Sin embargo, con el apoyo político apropiado, los materiales de BioBetter pueden competir de frente con petroquímicos no solo por ética sino también por economía.
El surgimiento de los materiales de Biobetter nos desafía a dejar de preguntar cómo se pueden replicar los petroquímicos y cómo puede superarlo. Al equilibrar el costo, el rendimiento y la sostenibilidad y colocar el rendimiento en el corazón de su propuesta de valor, la química biológica puede desatar una nueva era de materiales verdaderamente superiores, no solo más verde.
Las herramientas de biología de la ingeniería, química verde y diseño circular convergen para brindar la oportunidad de rediseñar los productos químicos y los fundamentos materiales de la sociedad.
En última instancia, los materiales BioBetter representan más que una actualización técnica, y marcan la nueva revolución industrial. Si el siglo XX se define por grietas de hidrocarburos, el 21 puede definirse por la biología de la ingeniería: fermentadores en lugar de refinerías, enzimas en lugar de galletas y moléculas diseñadas para regenerar ecosistemas en lugar de contaminar.
referencia
1. Nuevos PEF de polímeros basados en bio muestran una baja huella de CO2 – Noticias de carbono renovable
Degradación debido a la síntesis de polihidroxialalcanoato (PHA) y la aplicación a la economía circular – Desarrollo de mezclas científicas basadas en poli (ácido láctico) (PLA): cómo mejorar las propiedades clave para las aplicaciones técnicas – revisión – Mercado de polímeros biografía globales de PMC aumentará en un 13%.
Este artículo también se presentará en la 23a edición de trimestralmente Publicación.
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