Bioplásticos competitivos, ¿un sueño imposible?

Definiciones
Empecemos por alinear definiciones. Bioplástico es un término genérico que se refiere al biopolímero listo para procesarse (con aditivos, ayudas de proceso, etc.). Los biopolímeros, por su parte, serán todos aquellos polímeros origen bio-basado, sean bio-degradables o no. Por otro lado, no se considerarán como tales a los polímeros derivados de hidrocarburos, independientemente de que sean o no bio-degradables. La Figura 1 resume visualmente el concepto.

Rutas para la producción de bio-polímeros
En gran número de rutas, la producción de los biopolímeros inicia con la producción de las materias primas básicas o intermedias a partir de un recurso renovable pero continúa con un proceso convencional. Por ejemplo, el polietileno “verde” producido en Brasil parte de etileno producido a partir de etanol obtenido de la caña de azúcar. El etileno es idéntico al etileno de fuente convencional, por lo que el resto del proceso de producción es igualmente convencional.

De forma similar como para los plásticos convencionales existe un conjunto de procesos y materias primas básicas que se combinan para obtener los diferentes monómeros y productos intermedios, existe un universo de materias primas y procesos que han alcanzado escala comercial o están en el proceso de hacerlo.

Dos tipos de proceso han ganado gran significancia dentro de los biopolímeros y parecen ser los más prometedores a corto plazo:

• Procesos de fermentación
• Rutas termoquímicas, en particular la gasificación de biomasa

Adicionalmente, no se pueden pasar por alto procesos convencionales (refinación y craqueo por ejemplo) que se pueden aplicar a materias primas renovables tales como los aceites vegetales. Existen asimismo procesos más exóticos, como la producción directa de materias primas o intermedios del biopolímero por parte de micro-organismos o su extracción de plantas genéticamente modificadas.

El proceso específico de fermentación variará dependiendo las materias primas que se utilicen, pero tendrá en común la llamada sacarificación, que es el proceso de romper un carbohidrato complejo (como el almidón) en sus componentes monosacáridos (que son los azúcares más simples). Estos son fermentados para producir etanol

En el proceso de gasificación, la biomasa se calienta en condiciones en que el oxígeno actúa parcialmente (al contrario de lo que ocurre en una combustión), con lo que se obtiene el llamado gas de síntesis, que contiene hidrógeno y monóxido de carbono, además de cantidades menores de bióxido de carbono, agua, metano, otros hidrocarburos mayores y nitrógeno. El gas de síntesis se convierte más adelante en otras sustancias útiles para la producción de polímeros, como por ejemplo metanol (que puede ser transformado entre otros en propileno).

Las materias primas de los biopolímeros
Por el lado de las materias primas para la producción de biopolímeros tenemos productos con alto contenido de almidones (como la papa o el maíz), productos con alto contenido de azúcares (como la caña de azúcar), la lignocelulosa y otros tipos de biomasa, además de los aceites vegetales ya mencionados arriba.

Dado que las fuentes renovables de las bio-materias primas son múltiples, la elección lógica apuntará a aquellas que estén más desarrolladas en la ubicación en cuestión. El maíz pudiera ser una buena opción para los Estados Unidos, pero la caña de azúcar lo será para Brasil, por ejemplo.

Otros factores
Al hablar un poco de los procesos para obtener biopolímeros, se hace evidente que el número de pasos requeridos para llegar al polímero deseado es normalmente mayor que en el caso de los polímeros convencionales. También salta a la vista la gran influencia de la ubicación sobre la elección de las materias primas adecuadas. Hoy, la producción de grandes volúmenes de biopolímeros parece requerir de un modelo de suministro modificado en que hay fuentes de abasto de menor escala que las que se observan en el caso de los polímeros convencionales, mismas que se integrarían para garantizar uniformidad y continuidad de suministro

Hoy, la mayoría de las plantas piloto tienen que cargar además con el costo de carecer de economías de escala.
Como de costumbre, el costo logístico para llevar los productos al mercado seguirá siendo un factor en los flujos comerciales.

Volviendo a la pregunta original
Como ya se dijo previamente, no hay una respuesta puntual a la pregunta que nos hacemos. De hecho, se trata de una respuesta de escenario. Con lo discutido arriba, es evidente que para una combinación proceso/materia prima, la pregunta pudiera reformularse ¿cómo se comparará el polímero a partir de esa combinación proceso/materia prima con el polímero a partir de la fuente convencional y por cuánto tiempo se mantendrá esta posición relativa?

Formulado para un ejemplo hipotético más concreto:
¿Cómo se comparará en el mercado Europeo el polietileno a partir de etanol de caña de azúcar de Brasil con el polietileno a partir de “shale gas” de los Estados Unidos?

Y decía que se trata de una pregunta de escenario, porque la respuesta dependerá del escenario vigente para el gas natural, el petróleo y, en el caso del ejemplo de arriba, para los precios del azúcar (que influirán en los del etanol de caña de azúcar). Según el caso habrá que ingresar en la ecuación precios de maíz, para u otros productos.

En busca de una solución a los reclamos de la posible competencia químicos/energía/ alimentos para el uso de materias primas renovables, se trabaja en alternativas como cultivos específicos.
Como quiera que sea, algunos comentarios sobre estudios comparativos de costo que hemos hecho en Nexant pudieran transmitir una mejor idea acerca de qué esperar.

De acuerdo con lo observado en la primera mitad de 2011, y tomando en cuenta la materia prima alternativa más conveniente para cada ubicación, el mejor costo de producción de etileno verde se obtuvo para Brasil. Sin embargo, tanto las rutas convencionales en Estados Unidos, Europa, Asia y Brasil, así como alternativas a partir de metanol resultaron más competitivas, forzando la necesidad de un premio al precio.

El análisis del propileno mostró cierta atractivo de la deshidratación de bio-propanol y de metátesis por bio-rutas en los Estados Unidos frente a splitters de refinería en Estados Unidos y Brasil, pero desventaja frente a rutas a propósito. Otras bio-rutas resultaron más desventajosas.

El bio-etilen glicol producido en Brasil y Estados Unidos resultó más costoso que el producido convencionalmente en la misma localidad, y se observó lo mismo para el para-xyleno (materia prima para la producción de PTA, que se combina con etilén glicol para obtener PET), aunque más acentuado. El costo calculado del bio-VCM producido en Estados Unidos resultó cercano al del VCM convencional producido en Brasil – lo que es por mucho atribuible a que el VCM convencional de Brasil es mucho menos competitivo que el de los Estados Unidos.

¿Y si sube el petróleo?
Dentro del estudio que se mencionó anteriormente se evaluaron diferentes sensibilidades. Se probó también una situación hipotética de precios altos de petróleo (130 dólares por barril) en la primera mitad de 2011, que vale la pena repasar antes de pasar al comentario final.
Bajo este nuevo escenario, el encarecimiento del etileno convencional prácticamente puso a la par al etileno a partir de bio-etanol con el etileno de craqueo al vapor de naphtha. El etileno verde brasileño resulta un poco más competitivo – sin considerar costos de entrega. En el caso del propileno, la competitividad del propileno de splitter de refinería empeora, pero ninguna de las bio-rutas (en Estados Unidos y Brasil) se acerca a la posición ventajosa de costo de propileno a partir de PDH en los Estados Unidos. El para-xyleno por bio-ruta en los Estados Unidos es claramente más competitivo que el para-xyleno convencional.

En conclusión, para que los diversos biopolímeros hagan sentido no sólo desde la perspectiva de la sustentabilidad sino también económicamente, una constelación de factores deben converger, primariamente la posición relativa de costo de las materias primas de las rutas productivas en cuestión. Por otro lado, si esa situación se hace esperar, queda abierta la posibilidad de que todos los que formamos la cadena de valor, desde el usuario final hasta la fuente de materia prima reconozcamos y aceptemos que la sustentabilidad con sentido común vale un sobreprecio del 15, 20, 30 o más por ciento.