La biotecnología, una tecnología de producción más limpia para el papel y la pasta de papel

Asunto: La incorporación de la biotecnología es importante no sólo para el sector papelero. En general, la biotecnología ofrece procesos integrados alternativos para mejorar el rendimiento medioambiental de la industria. Los procesos convencionales, físicos, químicos o térmicos pueden implicar con frecuencia el uso de altas temperaturas, valores extremos del pH y disolventes orgánicos. Los procesos biotecnológicos, es decir, los biocatalizadores, actúan generalmente en condiciones suaves, son altamente selectivos y emplean pocos productos químicos adicionales. Hasta ahora, parecen haberse infravalorado sus posibilidades y el sector papelero podría constituir un ejemplo de ello.

Relevancia: Están surgiendo, o se encuentran ya disponibles, algunas tecnologías que pueden emplearse para proteger al medio ambiente, por ejemplo en el sector papelero. La introducción de biotecnología avanzada en este sector plantea problemas específicos debido a los regímenes tecnológicos existentes y a otras características específicas del sector. Por otra parte, la reglamentación podría cerrar el paso al mercado, a los nuevos desarrollos tecnológicos, incluidos los biotecnológicos.

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Análisis

En este artículo se demuestra que la biotecnología puede desempeñar un papel importante para la consecución de una industria más ecológica, tomando como ejemplo particular la industria papelera. Además, se discuten los obstáculos y los mecanismos que pueden influir sobre la aplicación de la biotecnología en este sector. ¿Por qué es importante hacerlo? Una de las promesas de la biotecnología era que podía hacer más limpia la producción industrial, de un modo integrado. Aunque todavía se sigue creyendo que la biotecnología es capaz de desempeñar este papel ecológico en la industria, lo cierto es que actualmente se emplean pocos procesos biotecnológicos "limpios". Estudiando las causas de esta situación se podrá entender por qué no se adoptan estas opciones biotecnológicas más limpias que ofrecen perspectivas favorables. Además se podrán extraer sugerencias para realizar acciones políticas

Para alcanzar estas sugerencias, se toma como punto de partida la tecnología de producción del papel. Se describe cómo y dónde pueden ejercer las biotecnologías un impacto sobre el proceso de producción. A continuación, se analizan los obstáculos y los mecanismos que influyen sobre la aplicación de estas tecnologías. Se demuestra que la probabilidad de que se adopte una biotecnología depende de la forma en que influya sobre el proceso actual de producción. Al final del artículo se esbozan las implicaciones políticas.

La biotecnología para una producción de papel más ecológica

Las biotecnologías pueden abordar de diversas maneras la contaminación ambiental de los procesos de producción del papel, con soluciones que abarcan desde la depuración, por tratamiento, al final de la canalización de los efluentes, hasta procedimientos medioambientales más integrados. Entre los desarrollos biotecnológicos en marcha hemos seleccionado cuatro ejemplos. El punto, en el que las tecnologías seleccionadas, ejercen su impacto en el proceso de producción del papel se indica en la figura 1, que ofrece una visión general del proceso de producción.

La primera tecnología emergente se relaciona con los árboles, la materia prima más importante para la producción de papel. Se ha realizado un intento para cambiar su estructura química mediante ingeniería genética (figura 1:A). Dicho con mayor precisión, la investigación persigue modificaciones estructurales de la lignina, el componente de la madera perjudicial para el medio ambiente. La importancia que podría tener la ingeniería genética en los árboles dentro de la industria de la pasta de papel consistirá en proporcionarle "fibras a medida". Los árboles modificados genéticamente constituyen un ejemplo de tecnología integrada: al sustituir la materia prima actual, todo el proceso se hace menos contaminante. La introducción de fibras "hechas a medida" como materia prima ofrece la posibilidad de simplificar el proceso actual, eliminando posiblemente algunas partes del mismo.

Figura 1. Procesado de la pasta papelera y del papel

(Gráfico Omitido)

El papel se elabora a partir de una pasta de fibras de celulosa. Las fuentes más importantes de estas fibras son la madera y el papel reciclado. El fin principal del procesado de la pasta y del papel es separar las fibras adecuadas (celulosa) del material no deseado (como la lignina que pardea el papel). La producción de pasta y de papel es un proceso muy complejo. La figura ofrece una representación extremadamente simplificada.

La biotecnología está cada vez más establecida en el proceso de blanqueo por el "bleach boosting" (refuerza el blanqueo), es un pretratamiento enzimático (figura 1:B). Mediante la adición de enzimas la estructura de la madera se hace más accesible a los productos químicos de blanqueo, de este modo se puede reducir la demanda de cloro y de otros productos químicos de blanqueo. Los fabricantes de enzimas esperan que, en el futuro, las enzimas sean capaces de reemplazar totalmente a los productos químicos de blanqueo. El "bleach boosting" es una tecnología integrada porque reduce la introducción de productos químicos de blanqueo. Un punto interesante de esta tecnología integrada es que tiene un marcado carácter de accesorio y una configuración progresiva. El proceso fundamental no se modifica: las enzimas constituyen (casi al pie de la letra) una adición al proceso actual. Esto contradice el concepto general de que la tecnología limpia integrada exige una innovación radical, mientras que la tecnología de tratamiento al final de canalización es progresiva y adicional.

La tercera aplicación biotecnológica es la depuración de aguas residuales (figura 1:C). El tratamiento de los efluentes de aguas de blanqueo es un ejemplo típico de tecnología adicional de tratamiento, al final de canalización. No se cambia el proceso existente de producción de papel, sino que se le añade una etapa extra para limpiar los efluentes resultantes.

Se espera que la cuarta aplicación biotecnológica desempeñe un papel, en el futuro, para el destintado del papel usado mediante el empleo de enzimas (figura 1:D). Uno de los tratamientos previos necesarios para utilizar el papel usado como materia prima es la eliminación de la tinta. En los procesos de destintado se consume mucha energía y se emplean productos químicos. Actualmente el destintado implica triturar el papel en soluciones altamente alcalinas. Las enzimas, como celulasas y lipasas, ofrecerán un tratamiento alternativo en el futuro. Esta alternativa no implica cambios importantes en el proceso fundamental de producción de papel.

Queda pendiente la cuestión de por qué es tan importante conocer cómo ejercen su impacto las biotecnologías sobre el proceso actual de producción de papel. Se podría contestar sencillamente que es preciso desarrollar e implantar aquellas tecnologías que sean beneficiosas para el medio ambiente. No obstante, en las secciones siguientes se demuestra que en el desarrollo de la biotecnología en la industria papelera podrían influir diversos factores. Además se muestra que la probabilidad de que se aplique la biotecnología depende del modo en que ésta ejerza su impacto sobre el proceso de producción actual.

Regímenes tecnológicos y adopción de biotecnología

El modo en el que las empresas eligen su tecnología depende mucho de lo que sus ""técnicos" consideren factible. También en el sector papelero, los técnicos tienden a tener unos parámetros de diseño que determinan la elección de tecnologías. Llamamos a este fenómeno un "régimen tecnológico". Dicho régimen puede llevar a una especie de ìcegueraî frente a las soluciones tecnológicas alternativas, haciendo muy difícil que estas alternativas se abran paso en el campo tecnológico. En el caso de la industria papelera, las tecnologías empleadas tienen una larga historia. Los fundamentos de la moderna fabricación de papel se basan en tecnologías procedentes de finales del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. Evidentemente, todavía se producen innovaciones, pero el proceso fundamental (desfibrado, blanqueo, fabricación de papel) sigue siendo el mismo. Además, el régimen tecnológico del proceso de producción del papel no ha cambiado mucho. Se basa en el hecho de que la madera está constituida por fibras deseadas (celulosa) y fibras no deseadas (es decir, lignina). El diseño del proceso tiene por objeto separar los materiales deseados de los no deseados, resolviendo así los problemas que plantean estos últimos del modo más efectivo posible.

¿Qué puede significar este concepto general de regímenes tecnológicos para la adopción de las biotecnologías descritas? La idea de que los árboles modificados genéticamente pueden proporcionar una fuente de "fibras hechas a medida", no se ajusta necesariamente al régimen tecnológico actual. Existen dos diferencias: primero, el propósito real del desarrollo de fibras a medida es diferente, consiste en diseñar fibras que eviten los problemas causados hasta ahora por los materiales no deseados (como la lignina); segundo, la expectativa de que esto pueda conducir a procesos más sencillos va también en contra de la tendencia de la industria papelera, que consiste en añadir cada vez más etapas para mejorar el proceso. Considerando estas dos diferencias cabría imaginarse que de este desarrollo pudiera surgir un nuevo régimen tecnológico, aunque esto es muy especulativo. Es mucho más probable que la nueva materia prima se emplee como innovación adicional: simplemente añadiendo pequeñas cantidades de este nuevo material se mejoran las características generales del suministro de materia prima.

Por otra parte, el "bleach boosting", la depuración de aguas residuales de blanqueo y el destintado enzimático del papel usado parecen ajustarse al régimen actual de fabricación de papel. El "bleach boosting" mejora el rendimiento (en términos de coste y de medio ambiente) de los procesos de blanqueo actuales añadiéndoles una pequeña etapa. El hecho de que ya se esté llegando a establecer subraya su compatibilidad con la práctica actual. La depuración del agua residual encaja también dentro del régimen actual de fabricación de papel porque no cambia nada en el proceso de producción. Lo mismo sucede con el empleo de enzimas para el destintado del papel usado.

Características del sector y adopción de biotecnología

Aparte de los regímenes tecnológicos, existen características especiales del sector papelero que influyen también en la adopción de biotecnología. Se carece casi por completo de conocimientos acerca de cómo penetra la biotecnología en sectores tradicionales como el del papel. Sin embargo, se pueden sugerir algunos factores que influyen, positiva o negativamente, en la adopción de biotecnología.

Ante todo, el hecho de que el sector papelero utilice una materia prima biológica representa una ventaja para el desarrollo de opciones biotecnológicas en este sector. Las materias primas biológicas orgánicas resultan adecuadas para las conversiones biológicas. Por otra parte, el trabajo con un material natural puede constituir también una barrera: la heterogeneidad natural de una madera dificulta el empleo de metodologías científicas para resolver los problemas tecnológicos. La variabilidad natural de las características físicas de la madera complica la creación y la difusión de conocimientos generalmente aplicables, e incluso codificados. Queda pendiente la cuestión de cómo se relaciona esto con la biotecnología, cuya base es estrictamente científica. Sin embargo, es interesante observar que la posibilidad de obtener árboles modificados genéticamente abre también posibilidades a la obtención de una materia prima más uniforme.

Otro factor es la economía del sector. En la bibliografía sobre innovación medioambiental a menudo se da por supuesto que la prevención de la contaminación proporciona beneficios económicos por el ahorro que supone, por ejemplo en energía y en materiales. Sin embargo esta afirmación no puede aplicarse de forma automática al sector papelero. La competencia en dicho sector se basa en precio y economías de escala y el valor añadido de los productos es generalmente bajo. Esto conduce a una situación en la que las inversiones adicionales necesarias en tecnología medioambiental pueden implicar simplemente costes extra. Así, es extremadamente importante saber si se puede esperar algún beneficio económico de las nuevas tecnologías. ¿Qué significa esto para las biotecnologías descritas? Las tecnologías como el "bleach boosting" y el destintado enzimático pueden proporcionar un plus económico. En el caso del "bleach boosting" se obtiene un ahorro en la introducción de productos químicos de blanqueo, y en el caso del destintado enzimático se ahorran posiblemente productos químicos y energía. En el caso de los árboles modificados genéticamente es mucho más difícil especular sobre el aspecto económico de esta tecnología, porque por una parte podría conducir a simplificaciones del proceso, que supondrían, posiblemente, costes más bajos. Pero por otra parte, podría elevar el coste de la materia prima, que actualmente constituye el 45-65% del precio final de la pasta y del papel.

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Innovación en el sector del papel y de la pasta de papel

La industria papelera es, en gran escala, una industria intensiva en capital, con competencia de precios, baja intensidad de investigación, tecnología de fabricación convencional y economías de escala. En la bibliografía sobre innovación se subraya que, en industrias con estas características, la innovación es un proceso "progresivo". Otro aspecto de la innovación en el sector del papel y de la pasta de papel es que las aportaciones tecnológicas proceden principalmente del exterior de la industria. Las empresas eficientes consideran que los suministradores de materiales y de equipos constituyen las fuentes más importantes de innovación. Puesto que la química es uno de los principales constituyentes de la tecnología de fabricación del papel, se reconoce generalmente que las contribuciones significativas al desarrollo del producto en el futuro procederán de la parte química de la fabricación.

Últimamente, la preocupación por el medio ambiente se ha convertido en uno de los más importantes motores de la innovación. Se considera que el blanqueo es el proceso con mayor impacto medioambiental. La tendencia de los desarrollos tecnológicos actuales en el proceso de blanqueo se aleja del blanqueo con cloro elemental y se prefiere el blanqueo totalmente exento de cloro, con ozono y con peróxidos. Otra cuestión medioambiental importante es la importancia creciente del papel reciclado. El reciclado puede servir como desencadenante para la innovación, ya que se precisan diversos tipos de tecnología para conseguir que el reciclado consuma menos energía y tenga mayor rendimiento frente al coste.

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El modelo de innovación específico del sector papelero (véase el cuadro 1) puede influir también sobre el modo en que se adopte la biotecnología. Las inversiones en tecnología medioambiental se realizan principalmente en soluciones adicionales progresivas, lo cual da lugar a un incremento de la complejidad del sistema de producción y de las dificultades para la puesta en marcha de una innovación medioambiental integrada. Esto significa que será más probable que se adopten innovaciones progresivas adicionales, como el "bleach boosting", que aquellas que supongan implicaciones de mayor alcance potencial, como la utilización masiva de árboles modificados genéticamente como nueva materia prima, lo que puede conducir al replanteamiento de los procesos. El dominio de los proveedores, que desempeñan un papel importante en el aspecto químico, arroja luz también sobre la posible adopción de procesos biotecnológicos en el sector. El modo en el que el sector químico acepte la biotecnología podría llegar a ser un factor importante en el proceso de adopción, a no ser que las empresas de biotecnología se conviertan en una fuente importante de innovación para el sector.

Política medioambiental y adopción de biotecnología

Además de los regímenes tecnológicos y de las características del sector, la reglamentación también puede ser decisiva para el desarrollo de la innovación y de la tecnología en el sector. Una de las reglas básicas para una reglamentación favorable a la innovación es centrarse en el rendimiento medioambiental y no en las tecnologías. La reglamentación que se centra en tecnologías específicas puede ofrecer resistencia a la innovación. Una cuestión importante es el modo en que las opciones tecnológicas del sector papelero son influidas por la reglamentación medioambiental europea, cuyo ejemplos más representativos son la Directiva de Envases de la UE (el 60% de la producción de papel se destina al envasado) y la Directiva sobre Prevención y Control Integrados de la Contaminación (Integrated Pollution Prevention and Control, IPPC).

La Directiva de Envases exige que se recicle entre el 25% y el 45% en peso de los materiales de envasado contenidos en los desechos de envases. Este es un ejemplo típico de reglamentación que se centra en el rendimiento medioambiental. Es evidente que estas exigencias proporcionan un estímulo directo a la innovación en la tecnología de reciclado del papel. Después de todo, garantizan un mercado potencial a la nueva tecnología de reciclado. Probablemente este mecanismo habrá influido también sobre el desarrollo de la tecnología de destintado enzimático. Está claro que el medio ambiente se beneficiará de estas innovaciones, pero también hay otra cara de la moneda. El reciente Análisis del Ciclo de Vida en el área de la industria papelera reveló que, actualmente, el reciclado es beneficioso para nuestro entorno pero que, en el futuro podría no serlo. Debería ser posible mejorar el proceso de producción de papel hasta el punto de que sus problemas medioambientales sean menores que los del reciclado. La mejora del rendimiento medioambiental del proceso es, exactamente, a lo que puede contribuir la biotecnología. El reciclado puede llegar a convertirse incluso en una barrera para las nuevas (bio)tecnologías, destinadas a mejorar la producción primaria, ya que el mercado garantizado de papel reciclado concede a éste una ventaja de competitividad.

La directiva IPPC requiere la aplicación de las Mejores Tecnologías Disponibles (Best Available Technologies, BAT) en las instalaciones industriales con objeto de conseguir el control integrado de la contaminación. Las BAT deberán estar comprobadas, es decir, deben ser aplicables en condiciones industriales. Se encuentra actualmente en preparación un documento de normas para BAT en el sector papelero. ¿Cómo podrá incidir esta reglamentación en la innovación del sector y en la adopción de biotecnologías? Primero, hay que observar que el objetivo principal de la directiva IPPC no es tanto la innovación como la protección del medio ambiente. Esto se deduce claramente del hecho de que las normas se basan en tecnologías comprobadas. No obstante se debe observar que la BAT cambia con el tiempo en función de los avances técnicos. Las autoridades competentes deben vigilar estos progresos o estar informadas de ellos.

La directiva provocará ciertamente un cambio tecnológico en el sector. Más concretamente, los especialistas tecnológicos mejorarán su tecnología hasta el nivel de los líderes. Es obvio que el medio ambiente se beneficiará de ello. Sin embargo, este impulso para la difusión masiva de tecnología comprobada no significa necesariamente que se desarrolle nueva tecnología, y precisamente es este punto el que provoca discusión. Por una parte, el proceso de mejora puede conducir a un estímulo extra para que los líderes en tecnología inviertan en innovaciones de mayor alcance que las de sus competidores. Por otra parte, el establecimiento de normas BAT se debe realizar con precaución para evitar un efecto de "bloqueo" de la tecnología. Los bienes de equipo en el sector tienen un tiempo de vida de diez a veinte años. Desde este punto de vista, las inversiones hechas en una tecnología actual no se pueden hacer para desarrollar tecnologías nuevas, aún mejores, para el futuro. Las inversiones de hoy pueden bloquear las tecnologías que han de llegar mañana.

¿Cómo se relaciona el concepto de BAT con las biotecnologías descritas? Las tecnologías establecidas, como el "bleach boosting", pueden llegar a ser una parte de una BAT. Ello proporcionará un estímulo a su aplicación ulterior. La situación es totalmente diferente para un desarrollo como el de los árboles modificados genéticamente. Esta tecnología puede proporcionar una nueva materia prima, mientras que la directiva IPPC está más orientada hacia los procesos industriales. La selección de la BAT y el proceso de actualización tienen que evitar estas trampas para no limitar la innovación.

Implicaciones políticas

La primera pregunta que surge lógicamente a la vista de las barreras y los mecanismos descritos es: si existen tantos obstáculos para introducir estas tecnologías en el ya maduro sector papelero ¿merece la pena dedicar esfuerzos de política (medioambiental) al intento de introducirlas? La bibliografía sobre innovación sugiere una respuesta, a saber que la política puede proporcionar un estímulo para la "desmaduración" de un sector estableciendo por exigencias técnicas o normas de rendimiento que favorezcan un cambio radical. De este modo la política medioambiental puede estimular el desarrollo de una mayor inversión en innovación. Así pues, esta sería una buena ocasión para utilizar la política ambiental en el impulso de la innovación en el sector.

¿Que forma debería adoptar esta política? Por una parte, debería hacer que el sector fuera más respetuoso con el medio ambiente y por otra, no debería "bloquear" las innovaciones interesantes. En este artículo se ha demostrado que la legislación medioambiental reciente tiene efectos positivos sobre el entorno y también ejerce un impacto sobre los futuros desarrollos tecnológicos. Sin embargo, los efectos de la reglamentación sobre la innovación resultan a veces dudosos y se encuentran en discusión.

Queda todavía la cuestión de cómo estimular la innovación general de un sector por encima del nivel de cumplimiento con la reglamentación medioambiental. La probable respuesta se debería encontrar en la integración de la innovación dentro de la política medioambiental. El planteamiento seguido en este artículo ofrece una sugerencia para hacerlo, tal como se explica a continuación.

El punto de partida de nuestro análisis es la tecnología de producción de un sector específico y el modo en que ejercen su impacto sobre él las nuevas tecnologías emergentes y disponibles. Esta selección nos proporciona una visión detallada del modo en que los diferentes desarrollos tecnológicos están sujetos a las reglamentaciones y a otros mecanismos que influyen sobre la adopción de la tecnología. Dos ejemplos: la tecnología del "bleach boosting" se adapta al régimen tecnológico, puede proporcionar una ventaja en el coste y puede, en principio, ser estimulada por las normas de las BAT. Los árboles genéticamente modificados no se adaptan necesariamente al régimen tecnológico actual, los efectos económicos son inciertos y pueden estar sujetos a la norma de BAT, o pueden no estarlo. Así esta información detallada específica de un sector puede ofrecernos una visión de los efectos innovadores de la reglamentación. La aplicación de esta visión al proceso de diseño de la reglamentación medioambiental es un requisito previo para fortalecer el efecto beneficioso de la política medioambiental sobre la innovación y también para los objetivos ecológicos de la biotecnología.