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CURSO DE BIOECONOMIA:
GESTIÓN Y FINANCIACIÓN
DE PROYECTOS DE BIOECONOMIA JORNADA 1ª: INTRODUCCIÓN A LA BIOECONOMÍA.
Ministerio de Economía y Competitividad
(18 mayo 2016) (Madrid. Pº Castellana 162, Salón Actos) 15.30-17:45 Mesa redonda: Bioeconomía y Sociedad “Materias primas, tecnologías y productos” Mario Díaz
Universidad de Oviedo
h#p://www.unioviedo.es/TBR/ Mario Diaz BIOECONOMICA. INICIO Bases El futuro humano dependerá de la disponibilidad de agua, energía, alimentos y materias primas industriales. Ello estará basado cada vez más en recursos renovables. Y la nueva economía basada en materiales de base biológica es la Bioeconomía, sostenible. La Bioeconomía abre nuevos temas: Promoción, competencia y sinergismos entre biomasas, tecnologías y productos La Bioeconomía implica cambios tecnológicos, “biologización” de la economía, afrontar nuevos riesgos de suministros y sociales, y necesidad de InvesGgación y Desarrollo para su desarrollo. Relevancia social -­‐ Crecimiento de la población y nivel de vida -­‐ Disminución de medios, nivel ecosistemas,.. -­‐ Adaptación a disponibilidad recursos fósiles -­‐ Evitar residuos, o aprovecharlos Consideraciones -­‐ Ecosistemas y biodiversidad -­‐ Cuencas hidrográficas, ferGlidad,… -­‐ Cambios globales, efecto invernadero,… -­‐ Seguridad alimentaria,.. -­‐ Uso industrial de residuos BIOECONOMIA. ES CONEXIÓN Mario Diaz Bioeconomía no sólo cambio de materia prima. No sólo nuevas tecnologías Y tampoco sólo nuevas líneas de productos. Conexión entre diferentes necesidades (p.ej. con seguridad alimentaria): 1) BiocombusGbles (competencia, propiedades vegetales y procesado, reciclado, mejores productos), 2) Fibras y cosechas de aceites (mejorar propiedades y necesidades culGvo), 3)  Biotecnología industrial (biofactorías vs. plantas químicas, tecnología y consumo)… Competencia alimentos, agua, Gerra…Requiere nuevas biomasas, reuGlización y gobernanza. Conexión con ciencia y tecnología y sociedad -­‐ La bioeconomía promueve cambios en la necesidades de ciencia, en parGcular en el campo agrario y alimentario, hacia sistemas y cadenas. -­‐Se precisa más énfasis en ciencia básica ligada a aplicaciones. -­‐ Di]cil disponer de fondos para invesGgación con bajos ingresos y en países -­‐  emergentes. Se precisa pues colaborar, y se necesita priorizar. BIOECONOMIA. OPORTUNIDADES Mario Diaz Oportunidades y riesgos. Oportunidades: Cambios de estructuras de precios y de sus expectaGvas (Beneficios, empleo e incenGvos), desarrollos cien_ficos y tecnológicos, y cambios de preferencias sociales. Riesgos: Escasez de biomasa, competencia con uso alimentario, posibles impactos sociales. Se requieren nuevos desarrollos cien_ficos y tecnológicos, enfoques éGcos y sociales Algunos retos: Seguridad alimentaria, seguridad energéGca, recursos naturales, cambio climáGco, salud, producción sostenible, desarrollo económico y social. Importantes para su desarrollo: 1* Soporte de la sociedad europea: La visión, la transición basada en la ciencia 2* Desarrollo de ciencia biológica: -­‐En sectores e interfases, -­‐Colaboración ciencia-­‐tecnología-­‐negocio, -­‐Apoyo social para I+D+i. -­‐Oportunidades de empleo para jóvenes. 3* Industrias de base biológica. Contribuir a la calidad y seguridad alimentaria y de salud, a los ecosistemas, crear nuevos productos, y ser entendido como clave para un futuro sostenible. BIOECONOMÍA COMO “RETO SOCIAL” Mario Diaz 1. SOCIEDAD SOSTENIBLE -­‐Cambio climáRco MiRgación: GEI Adaptación (temperatura,..) -­‐Reducir la dependencia de recursos no renovables -­‐GesRón ambiental Tierra, suelo, agua Ecosistemas. Biodiversidad Flora y Fauna SEGURIDAD ALIMENTARIA 2. Aumento de la población mundial Urbanización Aumento clases medias 3. COMPETITIVIDAD AcRvidades tradicionales Nuevos empleos, producción sostenible bioindustria biorefinerías BIOECONOMIA. Recomendaciones. Unión Europea Algunas recomendaciones generales de la UE para Bioeconomía en 2030 -­‐OpGmizar flujos de materia y energía, minimizar y reuGlizar residuos. Tender a ciclo cerrado -­‐OpGmizar calidad de procesos y productos -­‐Uso sostenible y disponibilidad de Gerra, agua, materias primas y productos -­‐Cooperacion interdisciplinar, y explotar sinergias -­‐Apoyo económico -­‐Hacer sectores potentes y adaptables a los cambios -­‐Redes para promover el desarrollo cien_fico y tecnológico y estructural I. Educación, II. InvesRgación, III. Innovación Brussels, 13.2.2012 COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE EUROPEAN PARLIAMENT, THE COUNCIL, THE EUROPEAN ECONOMIC AND SOCIAL COMMITTEE AND THE COMMITTEE OF THE REGIONS InnovaRng for Sustainable Growth: A Bioeconomy for Europe Mario Diaz Ámbito Estrategia Española de Bioeconomía Agroalimentario Subproductos/Residuos Marinos Lignocelulósico TECNOLOGÍA Bioproductos Bioenergía Mario Diaz MATERIAS PRIMAS Cosechas (lignocelulosas, algas,..) Co-­‐materias primas (suero,..) Residuos Sólidos Municipales Agrarios Forestales Industriales Líquidos Aguas semitratadas Gases Industriales Relleno PROCESOS PRODUCTOS Farma Biotransformaciones Estructurales Especialidades EnzimáGcas Microbianas Polímeros Superiores Fibras Algas Hongos Tejidos,… Químicos Ta ambiente Hidrol., esterif. Ta elevada Gasificación,pirólisis.. Físicos Operaciones básicas Separaciones Prod.químicos Piensos FerRlizantes CombusRbles Energía Calor Ingeniería de Bioprocesos, M. Diaz, Ed. Paraninfo, 556pags. Madrid Mario Diaz PRODUCTOS. Algunos sectores con contribución en la Bioeconomía -­‐  Sector agroalimentario (humano y animal). Incluyendo producción de ingredientes alimentarios, biofilms comesGbles. Aprovechamiento de residuos alimentarios (y urbanos) -­‐  Bioindustrias. Incluyendo aceites a parGr de microalgas. Diversos, caucho, polioles a parGr de lignina -­‐  BiocombusRbles. En parGcular aprovechamiento de subproductos o residuos -­‐  Biopolimeros. Incluyendo biocomposites, diversos Gpos renovables, funcionales, compostables, valorización agraria,.. -­‐  Nuevos materiales. Incluyendo uso de lignocelulósicos para materiales para construcción, usos diversos (seguridad…) -­‐  Biorrefinerías. Concepto integrador. Bioproductos. Acoplamiento con Fischer Tropsch, gas de síntesis,… -­‐  Aplicaciones bioquímicas. Biotransformaciones -­‐  Producción energéRca. Acoplamiento con preparación -­‐  Futuro. Aprovechamiento de CO2 (…carbonato de glicerol..) Diversidad de enfoques y parRcipantes Sector macro Sector papelero: productos a parGr de lignina (vainillina,polioles, ) Sector forestal: pellets, biochar Residuos industriales: aceites, carboquímica, Sector alimentario: lechero, cárnico, Vertederos: Compost, lodos estabilizados, aguas InvesGgación Ingenieril (estandarizar) Ingeniería: Capacidad al exterior Talleres Tecnología mecánicos: mecanizado, control Sistemas control a distancia: Aplicado Sector micro AdiGvos reacGvos alimentarios: polifenoles, inóculos,.. Nuevos materiales: celulosicos, poliméricos Química fina, Farma genéricos? Salas blancas, mecánico, equipos… Mario Diaz Tomado de Programas Vanguard IniGaGve. Biobased aromaGcs OPCIONES CON Mario Diaz Tomado de: Ingeniería de Bioprocesos, M. Diaz, Ed. Paraninfo, 556pags. Madrid Mario Diaz Biotecnología Industrial. Con materia prima Aplicaciones y soluciones . Uso integral de la lignocelulosa como materia prima en bioprocesos . Biodiésel mediante transesterificación enzimáGca. Nuevos biocombusGbles de 2a generación para motores diésel procedentes de residuos industriales, bioetanol, biobutanol,.. Bioproductos químicos de base (plataformas químicas) susGtuGvos de o complementarios a los productos petroquímicos. BioplásGcos y otros biopolímeros Química fina, moléculas quirales,.. Nuevas materias primas, algas, CO2,..para biocombusGbles Auto-­‐reacGvos: Nuevas cepas más producGvas y resistentes, nuevas enzimas más eficientes… Conversión de biomasa 1.  CombusRón:Energía eléctrica, calefacción 2.  Conversión fsico-­‐química: modificación fsica y química. Biomateriales: PlásGcos, composites 3.  Conversión termoquímica: Gasificación , pirolisis. BiocombusGbles sólidos, líquidos y gaseosos 4.  Conversión biológica: fermentación alcohólica, anaeróbica. Carbohidratos, ácidos, alcoholes, fenoles, otros Materiales lignocelulósicos Cosechas Algas… Mario Diaz Biotecnología Industrial. De subproductos a materias primas Aplicaciones y soluciones Valorización de biorresiduos industriales, agroalimentarios, forestales y urbanos Reducción reciclado y gesGón eficiente de residuos. Valorización energéGca y productos a parGr de residuos Apoyo de la administración y seguridad Clasificación e idenGficación de residuos Co-­‐materias primas Sólidos Residuos Líquidos Gases Municipales Forestales Agrarios Industriales Industriales Relleno Procesos de Aprovechamiento de Residuos Mario Diaz Tomado de: Ingeniería de Bioprocesos, M. Diaz, Ed. Paraninfo, 556pags. Madrid Biotecnología Industrial -­‐ TECNOLOGÍAS Mario Diaz Preparación Clasificación y caracterización de residuos. Movimiento de materiales sólidos. Técnicas de separación mecánica Procesos de rotura y pretratamientos hidrolíGcos, incluidos enzimáGcos Almacenamiento, bombeo, u9lidades, Transformaciones Rotura térmica y química de polímeros : hidrólisis , pirólisis,….glicólisis,.. Tratamientos hidrotérmicos: carbonización (biochar), licuefacción (biooil), gasificación (syngas). Producción microbiana de complejos enzimáGcos para valorización de biomasa Evolución dirigida, ingeniería metabólica, expresión de proteínas recombinantes, biología sintéGca Biorreactores, fotobiorreactores y microbiorreactores Fermentación. Biocatálisis. Separación y purificación Técnicas de separación: filtración, centrifugación, desGlación, precipitación, membranas, Técnicas de purificación: métodos columna, cromatogra]a, cristalización, Preparación de productos finales (secado, aglomeracion, encapsulación,…) Intensificación de procesos, escalado. Ingenieria y organización Sostenibilidad Tecnologías para reuGlización de aguas. Procesos de digesGón, anaerobia Evaluaciones medioambientales,.. procesos de transformación de CO2. Control, análisis, datos, integración en el ambiente y ecologia Mario Diaz TEMAS EN PERSPECTIVA (I) Ejemplo Alimentación. • Aprovechamiento de co-­‐productos de industrias agroalimentarias para la obtención de alimentos naturales. • Producción de ingredientes, compuestos acGvos y complementos alimenGcios (p.ej. a parGr de microalgas y microorganismos) • Obtención de films y recubrimientos comesGbles/biodegradables. • Obtención, mezcla y modificación de biopolímeros. Obtención e incorporación de bionanorefuerzos. • Obtención de bioconservantes (por ejemplo bacteriocinas). Ejemplo Biopolímeros • Desarrollo de polímeros funcionales. SubsGtución de polímeros tradicionales • BiocompaGbilidad, ausencia de tóxicos • Formulación adaptada a prestaciones, hidrofugación, ignifugación, refuerzo, biocidas . Ejemplo Biocomposites . Aprovechamiento de subproductos forestales, agrícolas e industriales. . Nanofibras de celulosa, nanocomposites… . Polímeros (nano), de base no lignocelulósica, quiGna,…. Mario Diaz TEMAS EN PERSPECTIVA (II) Ejemplo Producción industrial. • Obtención de moléculas base (ácido lácGco, ácido succínico, ácido levulínico, furfural, hidroximeGlfurfural, etc) a parGr de los azúcares y carbohidratos presentes en la madera y en materias primas agroforestales (paja, cortezas, hojas,...). • Obtención de monómeros-­‐base y productos. Muchos ejemplos: -­‐Polioles a parGr de lignina para espumas de poliuretano, -­‐Acido 3-­‐hidroxipropanoico para polihidroxialcanoatos) y poliésteres ; -­‐Acrilatos y acrilamidas para poliacrilatos en construcción y automoción • Productos de consumo. Muchos ejemplos: -­‐Disolventes “verdes” basados en ésteres de ácido lácGco, -­‐TensoacGvos a parGr de ácido succínico renovable; -­‐Biocidas y biopesGcidas de origen natural. -­‐Quelantes en detergentes, floculantes, anGcongelantes, hidrogeles, etc. Mario Diaz TEMAS EN PERSPECTIVA. RESIDUOS. Ejemplo de lodos de depuradora Usos actuales Agrario Incineración Vertedero PerspecRvas Recuperación y reuGlización de productos, tóxicos y coste Aproximaciones de aprovechamiento 1.DigesGón anaerobia (metano,..) 2.Producir biocombusGbles (etanol…) 3.Producción directa de electricidad (fuel.cell) 4. Tratamiento hidrotérmico (biochar,…) 5. Oxidación húmeda (supercríGca) 6.Pirólisis y Gasificación (gas de síntesis,..) 7.Incineración (energía, inorgánicos) 8.Coincineración (sobre todo con residuos de carbón) 9.Aplicación en cementeras (energía y materia prima 10. Aprovechar componentes por separado 11. Muchos otros… TEMAS EN PERSPECTIVA. RESIDUOS. Ejemplo residuos alimentarios Mario Diaz • Aprovechar lactosuero y mazada Fermentación producción de bioetanol, vinagre, enzimas • Aprovechar sangre de mataderos Aprovechamiento global, separación de proteínas y fracciones. Aprovechamiento de pépGdos por hidrólisis. Obtención de biomateriales. • Aprovechamiento de fracciones y residuos de huevos Producción de enzimas, biofilms, diversos alimentos, bebidas, geles. • Aprovechamiento de residuos de pescado Obtener proteasas por separación. • Aprovechamiento de residuos de fruta Fermentación para obtener bebidas alcohólicas y bioetanol • Aprovechamiento de residuos de café Evaluación de diversas opciones, desde alimentarias a energéGcas. • Aprovechamiento de residuos de fabricación de sidra Aprovechamiento para obtener pecGna y polifenoles • Residuos de granja Aprovechamiento para la producción de biogás. • Lodos de depuradora Aprovechamiento para obtener fracciones. • Fracciones sólidas de residuos urbanos Tomado de web: unioviedo.es/TBR Evaluación del aprovechamiento CURSO DE BIOECONOMIA:
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(18 mayo 2016) (Madrid. Pº Castellana 162, Salón Actos) 15.30-17:45 Mesa redonda: Bioeconomía y Sociedad Coloquio Mario Díaz
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