Mercado de enzimas para biocombustibles: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico, segmentado por tipo (celulosa, amilasa, xilanasa, lipasa, otros), aplicación (etanol lignocelulósico, biodiésel, etanol a base de maíz/almidón, otros), por región y competencia, 2019-2029F

Descripción general del mercado

El mercado global de enzimas para biocombustibles se valoró en USD 1.23 mil millones en 2023 y se anticipa que proyectará un crecimiento impresionante en el período de pronóstico con una CAGR del 7,78% hasta 2029. El mercado de enzimas para biocombustibles ha experimentado un crecimiento a lo largo de los años debido a las crecientes preocupaciones sobre la sostenibilidad ambiental y la necesidad de encontrar fuentes de energía alternativas. Las enzimas juegan un papel crucial en la producción de biocombustibles al catalizar la descomposición de biomasa compleja en azúcares simples, que luego pueden fermentarse para producir biocombustibles como bioetanol y biodiésel. Los factores clave que influyen en el mercado mundial de enzimas para biocombustibles incluyen políticas de apoyo e incentivos de los gobiernos de todo el mundo que pueden afectar significativamente el crecimiento de la industria de los biocombustibles y, en consecuencia, la demanda de enzimas utilizadas en la producción de biocombustibles. La disponibilidad y el costo de las materias primas de biomasa como el maíz, la caña de azúcar y los materiales celulósicos pueden influir en la demanda de enzimas utilizadas en su conversión a biocombustibles. La inversión en investigación y desarrollo de tecnologías de producción de biocombustibles, incluidas las enzimas, puede impulsar innovaciones y conducir al crecimiento del mercado. La demanda general de energía y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pueden impulsar la adopción de biocombustibles y, en consecuencia, afectar el mercado de enzimas para biocombustibles. La adopción de biocombustibles y tecnologías enzimáticas relacionadas en los mercados emergentes puede verse influenciada por factores como el crecimiento económico, la seguridad energética y las preocupaciones ambientales.

Impulsores clave del mercado

Lanzamientos de nuevos productos para impulsar el mercado de enzimas para biocombustibles

La investigación y el desarrollo en curso en tecnología de enzimas pueden conducir al descubrimiento de enzimas más eficientes y rentables, impulsando su adopción en los procesos de producción de biocombustibles. La inversión en investigación y desarrollo de tecnologías de producción de biocombustibles, incluidas las enzimas, puede impulsar innovaciones y conducir al crecimiento del mercado.

Por ejemplo, con el lanzamiento de eBOOSTTM GT y una nueva enzima para la conversión de fibra, eBREAKTM 1000F, Royal DSM está ampliando su gama de productos de tecnología de levadura con bajo contenido de glicerol para la industria de los biocombustibles en Illinois desde 2019. Con hasta un 60 % menos de glucoamálise (GA) suministrada externamente, eBOOST GT, que ha sido probada y aprobada a escala comercial, lo que permite la solidez y los beneficios de rendimiento de eBOOST en las fermentaciones de almidón.

La investigación y el desarrollo continuos en biotecnología han llevado al descubrimiento de enzimas más eficientes y rentables. A medida que mejora la tecnología enzimática, aumenta la eficiencia de los procesos de producción de biocombustibles, lo que hace que los biocombustibles sean más competitivos en el mercado energético con la creciente demanda en todo el mundo. Además, muchos gobiernos de todo el mundo han implementado políticas e incentivos para promover el uso de biocombustibles como parte de sus esfuerzos por reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y lograr la seguridad energética. Estas medidas de apoyo pueden impulsar la inversión en tecnologías de producción de biocombustibles en el período previsto.

Aumento del uso de aplicaciones de biodiésel

Debido a la creciente necesidad de biodiésel, las enzimas de biocombustible se utilizan ampliamente en la industria. Debido a que es un combustible más limpio, el biodiésel ha reemplazado al diésel en todo el mundo. Aparte de los óxidos de nitrógeno, emite menos contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero. El costo de los productos derivados del petróleo está aumentando, lo que hace que el biodiésel sea una alternativa más asequible al diésel de petróleo. El uso de biodiésel reduce la necesidad de combustibles fósiles. Con dispositivos como el BioCube en todas las redes, desde las rurales de los países pobres hasta las metropolitanas de los países ricos, es relativamente fácil procesarlo como fuente de energía alternativa.

Con más de 13.9 mil millones de galones o casi 53 mil millones de litros de etanol producidos anualmente, Estados Unidos es el mayor productor mundial de etanol, tanto para consumo como para uso como combustible.

Los biocombustibles se pueden producir a partir de diversas materias primas, como maíz, caña de azúcar, materiales celulósicos y algas. La disponibilidad y el costo de las materias primas de biomasa, como el maíz, la caña de azúcar y los materiales celulósicos, pueden influir en la demanda de enzimas utilizadas en su conversión a biocombustibles.

Las enzimas se pueden adaptar para que funcionen de manera óptima con diferentes materias primas, lo que hace que la producción de biocombustibles sea más versátil y adaptable a los recursos agrícolas regionales.

Se estima que las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (GEI) están compuestas por más de dos tercios de la energía. Según la Agencia Internacional de la Energía, el carbón representó el 45% de todas las emisiones globales derivadas de la quema de combustibles, seguido del petróleo (32%) y el gas natural (22%). La Unión Europea, la India, la Federación Rusa, China y los Estados Unidos juntos representaron el 45% de las emisiones mundiales derivadas de la quema de combustibles.

Con la creciente preocupación por el cambio climático y el impacto ambiental, existe una creciente demanda de fuentes de energía renovables y sostenibles. Los biocombustibles producidos a partir de biomasa ofrecen una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que los combustibles fósiles, y las enzimas desempeñan un papel crucial en su producción eficiente. Se espera que la creciente preocupación ambiental entre la población y la dependencia de las importaciones de petróleo y combustible impulsen el mercado de enzimas para biocombustibles en los países en desarrollo. Dado que reducir la dependencia de los combustibles fósiles importados y diversificar la combinación energética son objetivos esenciales para muchos países, el uso de biomasa de origen nacional para la producción de biocombustibles, con la ayuda de enzimas eficientes, puede mejorar la seguridad energética.

Aumento de la investigación y el desarrollo

La investigación y el desarrollo continuos en biotecnología han llevado al descubrimiento de enzimas más eficientes y rentables. A medida que la tecnología enzimática mejora, la eficiencia de los procesos de producción de biocombustibles aumenta, lo que hace que los biocombustibles sean más competitivos en el mercado energético.

Los científicos del Centro Brasileño de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM) han modificado genéticamente un hongo para producir una mezcla de enzimas que disuelven los carbohidratos de la biomasa, como el bagazo y los desechos de la caña de azúcar (hojas y puntas), en azúcar fermentable para una conversión industrial eficiente en biocombustible.

Uno de los mayores obstáculos para la producción de etanol de segunda generación es la creación de combinaciones de enzimas económicas. Los biocombustibles de segunda generación se producen a partir de una variedad de biomasa no alimentaria, como astillas de madera, desechos agrícolas y aceite de fritura usado. El método desarrollado por el equipo de investigación del CNPEM abre la puerta al uso más eficaz de los desechos de la caña de azúcar para crear biocombustibles.

Por ejemplo, Novozymes lanzó Fiberex en 2020, una plataforma integral que utiliza cepas de levadura y enzimas de vanguardia para convertir la fibra de maíz en etanol. Novozymes lanzó los primeros productos Fiberex como parte del anuncio de la plataformaFiberex R1, una tecnología creada expresamente para entregar el etanol en distintos procesos de fibra a etanol, y Fiberex F1, una enzima de celulasa creada para brindar conversión de fibra para tecnologías en proceso.

Principales desafíos del mercado

Complejidad tecnológica y costos de desarrollo

Uno de los principales desafíos que enfrenta el mercado global de enzimas para biocombustibles es la complejidad de desarrollar y optimizar los procesos enzimáticos para la producción de biocombustibles. Las enzimas desempeñan un papel crucial en la descomposición de materiales complejos de biomasa en azúcares fermentables, que luego pueden convertirse en biocombustibles. Sin embargo, la optimización de las formulaciones de enzimas y los procesos de producción implica una complejidad tecnológica significativa y costos de I+D. Los investigadores se esfuerzan continuamente por mejorar el rendimiento, la estabilidad y la especificidad de las enzimas, al tiempo que reducen los costos de producción para que los biocombustibles sean más viables económicamente. Alcanzar estos objetivos requiere inversiones sustanciales en investigación, desarrollo e innovación, lo que plantea un desafío para las empresas que operan en el mercado de enzimas para biocombustibles, en particular los actores más pequeños con recursos limitados.

Competencia de tecnologías alternativas

La competencia de las tecnologías alternativas presenta un desafío significativo para el mercado global de enzimas para biocombustibles. Si bien los procesos enzimáticos ofrecen numerosas ventajas para la producción de biocombustibles, incluida una alta especificidad, condiciones de reacción suaves y compatibilidad con varias fuentes de materia prima, también enfrentan la competencia de tecnologías alternativas como los procesos de conversión termoquímica y bioquímica. Los procesos termoquímicos, como la pirólisis y la gasificación, implican la descomposición térmica o química directa de la biomasa para producir biocombustibles, mientras que los procesos bioquímicos, como la fermentación y la digestión anaeróbica, dependen de microorganismos para convertir la biomasa en biocombustibles. Estas tecnologías alternativas ofrecen diferentes ventajas y desventajas en términos de flexibilidad de la materia prima, eficiencia del proceso y rendimiento del producto, lo que plantea un desafío para los fabricantes de enzimas para biocombustibles a la hora de diferenciar sus productos y demostrar su ventaja competitiva en el mercado. Además, los avances en curso en tecnologías alternativas, junto con mejoras en el pretratamiento de la materia prima y el procesamiento posterior, intensifican aún más la competencia e impulsan la innovación en la industria de los biocombustibles, lo que requiere que los fabricantes de enzimas para biocombustibles inviertan continuamente en investigación y desarrollo para mantener su ventaja competitiva.

Tendencias clave del mercado

Cambio hacia los biocombustibles de segunda generación

Los biocombustibles de segunda generación, derivados de materias primas no alimentarias como residuos agrícolas, desechos forestales y cultivos energéticos dedicados, están ganando terreno como una alternativa sostenible a los biocombustibles de primera generación. A diferencia de los biocombustibles de primera generación, que compiten con la producción de alimentos y plantean preocupaciones sobre la seguridad alimentaria y el cambio de uso de la tierra, los biocombustibles de segunda generación ofrecen beneficios ambientales y mitigan estos desafíos. Las enzimas de los biocombustibles desempeñan un papel crucial en la conversión de biomasa lignocelulósica en azúcares fermentables para la producción de biocombustibles de segunda generación. Sin embargo, la comercialización de biocombustibles de segunda generación enfrenta varios desafíos, incluidos los altos costos de producción, las complejidades tecnológicas y la falta de infraestructura y políticas de apoyo.

Creciente enfoque en las biorrefinerías sostenibles

Las biorrefinerías sostenibles están surgiendo como actores clave en la industria de los biocombustibles, con el objetivo de integrar la producción de biocombustibles con otros productos de valor agregado y el uso de desechos. Estas biorrefinerías utilizan enzimas de biocombustibles para convertir diversas materias primas no solo en biocombustibles sino también en bioquímicos, bioplásticos y otros bioproductos. Al adoptar un enfoque de economía circular, las biorrefinerías sostenibles buscan minimizar la generación de desechos, maximizar la eficiencia de los recursos y reducir los impactos ambientales. Sin embargo, el desarrollo y el funcionamiento de biorrefinerías sostenibles enfrentan desafíos relacionados con la integración tecnológica, la viabilidad económica y la demanda del mercado de bioproductos. Además, los marcos regulatorios y los incentivos desempeñan un papel crucial a la hora de incentivar las inversiones en biorrefinerías sostenibles y fomentar su crecimiento.

Información segmentaria

Tipo

Según el tipo, las enzimas celulasas ocupan una posición dominante en el mercado mundial de enzimas para biocombustibles debido a su papel indispensable en la producción de etanol celulósico, una piedra angular de los biocombustibles de segunda generación. La celulosa, el compuesto orgánico más abundante en la Tierra y un componente principal de la biomasa lignocelulósica, sirve como materia prima renovable y sostenible para la producción de biocombustibles. Sin embargo, la compleja estructura de la celulosa plantea un desafío importante para su conversión en azúcares fermentables. Las enzimas celulasas abordan este desafío catalizando la hidrólisis de las moléculas de celulosa en glucosa, un azúcar fermentable adecuado para la producción de etanol a través de procesos de fermentación. La capacidad de las enzimas celulasas para descomponer eficazmente la celulosa en azúcares fermentables las convierte en catalizadores esenciales para la conversión de biomasa no alimentaria, como residuos agrícolas, desechos forestales y cultivos energéticos específicos, en biocombustibles. Además, las enzimas celulasas ofrecen varias ventajas, entre ellas una alta especificidad del sustrato, una actividad robusta en una amplia gama de condiciones y compatibilidad con diversas fuentes de biomasa. A medida que los gobiernos de todo el mundo priorizan el desarrollo de fuentes de energía sostenibles y renovables para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de los combustibles fósiles, la demanda de etanol celulósico y, en consecuencia, de enzimas celulasas sigue creciendo. Además, los avances en la ingeniería enzimática y la biotecnología han llevado al desarrollo de nuevas formulaciones de celulasas con propiedades mejoradas, lo que impulsa aún más el crecimiento del mercado. Con su papel fundamental en la conversión de biomasa lignocelulósica en biocombustibles, la celulosa surge como una fuerza dominante en el mercado global de enzimas para biocombustibles, preparada para continuar su expansión a medida que la industria de los biocombustibles madure y evolucione.

Información sobre la aplicación

Según el segmento de aplicación, el etanol lignocelulósico se deriva de fuentes de biomasa no alimentaria, como residuos agrícolas, desechos forestales y cultivos energéticos dedicados. A diferencia de los biocombustibles de primera generación, que dependen de materias primas basadas en alimentos, como el maíz y la caña de azúcar, el etanol lignocelulósico ofrece varias ventajas, entre ellas, una menor competencia con los cultivos alimentarios, menores emisiones de gases de efecto invernadero y una mayor sostenibilidad. Sin embargo, la conversión de biomasa lignocelulósica en etanol requiere el uso de enzimas especializadas, incluidas celulasas, hemicelulasas y ligninasas, para descomponer polisacáridos complejos en azúcares fermentables.

El predominio del etanol lignocelulósico en el mercado mundial de enzimas para biocombustibles está impulsado por varios factores. Las crecientes preocupaciones ambientales y las iniciativas regulatorias destinadas a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero han estimulado la demanda de biocombustibles sostenibles como el etanol lignocelulósico. Los avances en la tecnología enzimática y las técnicas de bioprocesamiento han mejorado la eficiencia y la rentabilidad de la producción de etanol lignocelulósico, impulsando aún más el crecimiento del mercado. Además, el etanol lignocelulósico ofrece una mayor flexibilidad en la selección de materias primas y la distribución geográfica en comparación con los biocombustibles de primera generación, lo que lo convierte en una opción atractiva para los productores de biocombustibles de todo el mundo.

Perspectivas regionales

El mercado mundial de enzimas para biocombustibles está experimentando un crecimiento significativo y está dominado por varias regiones clave, cada una de las cuales contribuye a la expansión del mercado a su manera única. Entre estas regiones, América del Norte se destaca como un líder destacado en el mercado mundial de enzimas para biocombustibles.

Acontecimientos recientes

• En enero de 2023, NREL inició un Proyecto de Biología Sintética en colaboración con LanzaTech, la Universidad Northwestern y la Universidad de Yale para mejorar las tecnologías para el descubrimiento de biocombustibles. Esta colaboración tiene como objetivo desarrollar bacterias que consuman carbono capaces de producir biocombustibles sostenibles a escala industrial. En lugar de los métodos tradicionales de prueba y error para la manipulación genética de bacterias, el equipo empleará una estrategia de diseño predictivo, integrando herramientas de ingeniería genómica y aprendizaje automático para modificaciones más eficientes y específicas.

Actores clave del mercado

• ABEnzymes GmbH
• AdvancedEnzyme Technologies Ltd.
• Agrivida, Inc.
• BASF SE
• Codexis, Inc.
• Enzyme Development Corporation
• Aemetis, Inc.
• Logen Corporation
• Novozymes A/S
• DuPont deNemours, Inc.