Avances en materias primas lignocelulósicas para bioenergía y bioproductos

Convertir las plantas en potencias cotidianas

La lignocelulosa puede sonar esotérica, pero es simplemente el material fibroso y resistente que forma la mayor parte de los tallos, troncos y hojas de las plantas. Debido a que es extremadamente abundante y no compite directamente con los cultivos alimentarios, esta materia vegetal podría suministrar combustibles para aviones, productos químicos para la industria y materiales avanzados para la construcción y la electrónica, todo ello mientras ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Este artículo revisa cómo los científicos están aprendiendo a cosechar, procesar e incluso reingenierizar mejor este material vegetal para que pueda sustituir una parte sustancial de los productos actuales basados en combustibles fósiles.

¿Qué hace que las plantas leñosas sean tan valiosas?

La biomasa lignocelulósica procede en gran medida de dos fuentes: cultivos herbáceos “energéticos” y plantas leñosas como el chopo o el pino. Sus paredes celulares están construidas a partir de tres ingredientes principales —celulosa, hemicelulosas y lignina— que en conjunto explican más de la mitad de todo el carbono almacenado en la biomasa viva de la Tierra. La celulosa ya sostiene productos familiares como el papel, el cartón y los textiles, y ahora se refina en nanocelulosa de alto valor para filtros de agua, electrónica flexible y compuestos ligeros y resistentes. Las hemicelulosas pueden convertirse en azúcares para biocombustibles o utilizarse directamente en alimentos, recubrimientos y productos médicos, mientras que la lignina, el componente más rico en carbono, está emergiendo como fuente de químicos aromáticos, bioplásticos y biochar que mejora el suelo.

Del árbol en pie al producto útil

Para convertir un árbol o un tallo herbáceo en combustible o materiales, las industrias deben primero romper su estructura resistente. La revisión describe una cadena de pasos de procesamiento, que comienza con la elección de la materia prima y su transporte a una “biorrefinería”, una planta diseñada para manejar biomasa del mismo modo que las refinerías de petróleo manejan el crudo. Los métodos de pretratamiento —mecánicos, químicos, térmicos o biológicos— descomponen el material en piezas más manejables y separan sus componentes principales. Las enzimas luego digieren la celulosa y las hemicelulosas en azúcares, que los microbios fermentan en etanol, precursores de combustible de aviación u otros productos químicos. Otras vías usan calor y catalizadores para convertir la biomasa directamente en gases, aceites o carbono sólido. Cada paso debe ajustarse al tipo específico de biomasa, y en conjunto dominan el coste de los productos de origen biológico, siendo el pretratamiento y las enzimas responsables de una gran parte de los gastos totales.

Por qué deben trabajar juntas la biología, la ingeniería y las políticas

Aun cuando los laboratorios y las plantas piloto mejoran la eficiencia, el uso a gran escala de materias primas lignocelulósicas afronta grandes obstáculos. Transportar biomasa voluminosa desde campos y bosques hasta las biorrefinerías es caro, y los pretratamientos agresivos pueden generar subproductos que envenenan los microbios utilizados en la fermentación. Recuperar enzimas y disolventes, y encontrar usos rentables para cada corriente de subproductos, es esencial para mantener los costes bajos y reducir los impactos ambientales. Las evaluaciones del ciclo de vida muestran que los sistemas bien diseñados pueden reducir sustancialmente las huellas de carbono frente a los combustibles y materiales fósiles, especialmente cuando co-producen combustibles, productos químicos y materiales avanzados. Sin embargo, políticas de apoyo y regulaciones claras —como mandatos de mezcla de combustibles e incentivos para productos de bajo carbono— son indispensables para atraer inversión y permitir que las biorrefinerías compitan con la infraestructura fósil establecida.

Rediseñar las plantas desde el interior

Una característica distintiva de este trabajo es su enfoque en cambiar las propias plantas, no solo las fábricas que las procesan. La lignina, por ejemplo, da resistencia a la madera pero también dificulta su descomposición. Al reducir o remodelar sutilmente la lignina mediante la genética moderna, los investigadores han creado árboles y herbáceas que rinden mucho más azúcar y etanol sin sacrificar el crecimiento. Las nuevas herramientas de edición genómica basadas en CRISPR permiten ahora cambios precisos en genes individuales, conjuntos de genes e incluso interruptores regulatorios que controlan cuándo y dónde esos genes están activos. Los científicos están empezando a editar cromosomas para fijar combinaciones deseables de rasgos, como alto rendimiento y tolerancia a la sequía, y a usar grandes bibliotecas CRISPR y modelos de aprendizaje automático para descubrir genes hasta ahora desconocidos que influyen en el crecimiento, la resiliencia o la facilidad de procesamiento.

Mirando hacia un futuro impulsado por las plantas

Los autores concluyen que las materias primas lignocelulósicas podrían convertirse en un pilar central de una economía baja en carbono, suministrando combustibles difíciles de electrificar y materiales renovables para la construcción, el embalaje y dispositivos de alta tecnología. Hacer realidad este potencial requerirá avances coordinados: biorrefinerías más inteligentes, métodos mejorados para transformar y regenerar plantas, potentes herramientas basadas en CRISPR para adaptar paredes celulares y respuestas al estrés, y modelos impulsados por datos que predigan qué cambios genéticos darán resultados en el campo y en la fábrica. Con investigación sostenida, asociaciones industriales y apoyo político, el tejido resistente que permite a las plantas mantenerse erguida podría ayudar a las sociedades humanas a afrontar el cambio climático.

Cita: Sulis, D.B., Lavoine, N., Sederoff, H. et al. Advances in lignocellulosic feedstocks for bioenergy and bioproducts. Nat Commun 16, 1244 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56472-y

Palabras clave: bioenergía, biomasa lignocelulósica, biorrefinerías, edición genómica CRISPR, materiales sostenibles