Revista de Ciencias Sociales (RCS)
Vol. XXXII, Número Especial 13, Enero-Junio 2026. pp. 536-555
FCES - LUZ ● ISSN: 1315-9518 ● ISSN-E: 2477-9431
Como citar: Melendez, J. R., Gutierrez, L., Melendez-Malvacias, V., y Villavicencio, N. (2026). Desarrollo sostenible del bioetanol de tercera generación: Desafíos tecnológicos, económicos y de gestión en biorrefinerías algales. Revista De Ciencias Sociales, XXXII(Número Especial 13), 536-555.
Desarrollo sostenible del bioetanol de tercera generación: Desafíos tecnológicos, económicos y de gestión en biorrefinerías algales
Melendez, Jesus R.*
Gutierrez, Leonardo**
Melendez-Malvacias, Victor***
Villavicencio, Nicolas****
Resumen
La transición energética global ha intensificado la búsqueda de alternativas sostenibles que permitan reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mitigar sus efectos ambientales. En este escenario, el bioetanol de tercera generación producido a partir de biomasa ha despertado creciente interés por su elevada productividad, su independencia respecto a cultivos destinados a la alimentación y su potencial integración en modelos de economía circular. El objetivo de la investigación fue evaluar los avances tecnológicos y los factores tecnoeconómicos que influyen en la producción sostenible de bioetanol de tercera generación a partir de microalgas y macroalgas. Para ello, se desarrolló una revisión de literatura en bases de datos científicas indexadas, orientada a identificar tendencias recientes, limitaciones estructurales y oportunidades emergentes en este campo. Los resultados evidencian progresos relevantes en etapas clave del proceso, como el cultivo de biomasa, el pretratamiento, la hidrólisis, la fermentación y el aprovechamiento de coproductos. No obstante, persisten desafíos asociados a los elevados costos operativos, las dificultades de escalado industrial, la demanda energética de los procesos y la incertidumbre sobre su viabilidad económica. Se concluye que enfoques integrados basados en biorrefinerías, digitalización y evaluación tecnoeconómica se perfilan como estrategias clave para fortalecer su desarrollo industrial sostenible.
Palabras clave: Biomasa; bioetanol; biorrefinerías; evaluación tecnoeconómica; sostenibilidad.
* Doctor en Gerencia. Docente de la Facultad de Educación Técnica para el Desarrollo en la Universidad Catolica de Santiago de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador. E-mail: jesus.melendez@cu.ucsg.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8936-5513
** Doctor en Ingeniería Civil y Ambienta. Docente en la Universidad del Pacifico, Guayaquil, Ecuador. E-mail: leo.gutierrez@upacifico.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7573-6635
*** Estudiante de Medicina e Investigador de la Facultad de Ciencias de la Salud en la Universidad Catolica de Santiago de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador. E-mail: victor.melendez@cu.ucsg.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0009-0007-7781-8141
**** Doctor en Ciencias de la Educación. Docente en la Universidad Catolica de Santiago de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador. E-mail: nicolas.villavicencio@cu.ucsg.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8980-742X
Recibido: 2026-01-31 • Aceptado: 2026-04-20
Sustainable development of third-generation bioethanol: Technological, economic, and managerial challenges in algal biorefineries
Abstract
The global energy transition has intensified the search for sustainable alternatives capable of reducing dependence on fossil fuels and mitigating their associated environmental impacts. In this context, third-generation bioethanol produced from algal biomass has attracted increasing attention due to its high productivity, independence from food crop cultivation, and potential integration into circular economy models. The aim of this study was to evaluate the technological advances and techno-economic factors influencing the sustainable production of third-generation bioethanol from microalgae and macroalgae. To achieve this, a literature review was conducted using indexed scientific databases to identify recent trends, structural limitations, and emerging opportunities in this field. The results demonstrate significant progress in key stages of the production process, including biomass cultivation, pretreatment, hydrolysis, fermentation, and coproduct valorization. Nevertheless, major challenges remain, particularly those related to high operational costs, industrial-scale implementation barriers, energy-intensive processing, and uncertainty regarding economic feasibility. It is concluded that integrated approaches based on algal biorefineries, process digitalization, and techno-economic assessment are emerging as key strategies to strengthen the sustainable industrial development of third-generation bioethanol.
Keywords: Biomass; bioethanol; biorefineries; techno-economic assessment; sustainability.
Introducción
Los combustibles fósiles han impulsado la economía mundial durante más de un siglo, pero su combustión es la principal causa de emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente CO₂. Frente a ello, el bioetanol derivado de microalgas surge como alternativa sostenible a las gasolinas y los hidrocarburos, aunque su producción enfrenta bajos rendimientos y altos costos.
El mercado global demanda recursos energéticos adecuados y la necesidad de establecer estrategias de protección ambiental mediante la promoción de la producción de biocombustibles (Peña y López, 2020; Osman et al., 2021; Vásconez et al., 2021). Las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI) del segmento automotriz para el año 2017 representaron el 25% del total registrado en la Unión Europea (UE); mientras que el 53% correspondió a vehículos ligeros comerciales y de turismo (Puricelli et al., 2021). En este sentido, la UE se ha comprometido en sustituir los combustibles fósiles por biocombustibles, dado que estos prometen un mejor desempeño que el gas y la gasolina, particularmente en el sector automotriz y de turbina (Altarazi et al., 2022).
Debe destacarse que el proceso productivo de bioetanol de tercera generación (3G) utiliza microbios fotosintéticos para obtener combustible renovable, lo que implica principalmente el procesamiento de materia prima de algas para fabricar este biocombustible (Ramachandra y Saranya, 2022; Joyia et al., 2024).
La gerencia actualmente establecen directrices para la producción de biocombustibles de forma sostenible, las aplicaciones industriales futuras se focalizan y convergen en esquemas de acción innovadores centrados en las algas (Sindhu et al. 2018), debido a su eficiencia de crecimiento y su potencial en la producción de energía renovable utilizable en el sector transporte (Park y Lee, 2016; Gegg y Wells, 2019), y como una alternativa de biomasa que no compremeteria la seguridad alimentaria con un impacto ambiental limitado (Ma et al., 2022).
Según Chong et al. (2020), la evolución hacia una economía circular es lo que ha posicionado a las biorrefinerías de tercera generación como el eje articulador entre la innovación tecnológica y la sostenibilidad. Es así que, lo que permite optimizar la eficiencia energética y reducir los desechos derivados del proceso, es justamente la integración de procesos como fragmentación integrada, el uso de enzimas específicas y la valorización de subproductos. Siguiendo esta lógica, se entiende claramente que, la gestión sostenible de la cadena de valor del bioetanol demanda un enfoque sistémico que agregue variables económicas, ambientales y sociales dentro de los principios de la economía verde, fomentando el equilibrio entre la mitigación del impacto ecológico y la competitividad industrial (Leong et al., 2021; Labarca et al., 2025).
Cabe añadir que, la digitalización de los procesos de control productivo, la mejora genética de cepas algales y el desarrollo de tecnologías de biorreactores contribuye enormemente en la trancisión hacia biocombustibles avanzados. Todo esto permitirá un incremento significativo en la productividad de la biomasa, también en la optimización de la relación costo-beneficio del bioetanol en comparación con los combustibles fósiles (Tan et al., 2020). Es por ello que, Butean et al. (2025) indican que, para fortalecer la toma de decisiones en las biorrefinerías e incrementar la sostenibilidad financiera del sector, es necesario incorporar herramientas de análisis tecno económicos y modelos predictivos basados en inteligencia artificial.
De acuerdo con Behera et al. (2015), la biomasa algal posibilita procesos de conversión económica que permiten obtener diferentes tipos de biocombustibles, incluyendo biodiésel, bioetanol, biogás y biohidrógeno. No obstante, Tecnologías innovadoras como las nanopartículas biosintetizadas, cultivos económicos y procesamiento húmedo de biomasa, ofrecen soluciones para mejorar la eficiencia y reducir costos en la producción de bioetanol; en este sentido, la adopción de nuevas tecnologías aún representa una barrera significativa (Melendez, 2022), especialmente por los elevados costos asociados a la producción de biocombustibles (Dragone, 2022).
En esta revisión, el término “algas” se emplea para referirse tanto a microalgas como a macroalgas, salvo indicación contraria. El objetivo de la investigación fue evaluar los avances biotecnológicos y los factores tecnoeconómicos que influyen en la producción sostenible de bioetanol de tercera generación a partir de microalgas y macroalgas. El análisis se estructuró en dos categorías: (a) los procesos de obtención de biocombustibles 3G; y, (b) los aspectos tecnoeconómicos de la producción de bioetanol 3G. La investigación examinó el estado del conocimiento alcanzado en la producción de biocombustibles 3G a partir de microalgas y macroalgas, e identificó en detalle las brechas existentes en dichas categorías. Finalmente, se presentan los aspectos tecnoeconómicos vinculados con la producción del bioetanol.
1. Metodología
Se desarrollo una Revisión Sistemática de Literatura (RSL), siguiendo las directrices propuestas por Snyder (2019) para la sistematización, organización y presentación rigurosa de datos en investigaciones académicas. En la identificación, selección y análisis de los estudios se adoptó la metodología PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) (Page et al., 2021).
La investigación se orientó por la siguiente pregunta central: ¿Cuáles son las perspectivas tecnológicas y los aspectos económicos aplicados a la producción de bioetanol 3G en un contexto de gestión empresarial sostenible. El enfoque metodológico adoptado fue de carácter hermenéutico-cualitativo, con un nivel exploratorio-descriptivo. Se consultaron bases de datos académicas reconocidas: Google Scholar y Elseiver.
La estrategia de búsqueda se enfocó en artículos publicados en revistas indexadas en Scopus y Web of Science. Se emplearon palabras clave específicas en español e inglés como, TITLE-ABS-KEY (“third-generation bioethanol” AND “algal biomass” AND “techno-economic analysis”) y (“bioethanol 3G” AND “innovation” AND “economics”). El rango temporal considerado abarcó publicaciones entre 2014 y 2024.
Los criterios de inclusión abarcaron, publicaciones en revistas indexadas en Scopus y WoS; estudios relacionados con bioetanol 3G a partir de microalgas y macroalgas; artículos que abordaran procesos de producción y aspectos económicos de biorrefinerías sostenibles. Los criterios de exclusión comprendieron, estudios sobre biocombustibles de primera o segunda generación, resúmenes de congresos sin datos completos, trabajos con escasa rigurosidad metodológica. Se incluyeron 66 estudios para esta revisión. Las fases del protocolo PRISMA fueron una guia para la revisión sistemica final (ver Figura I).
Fuente: Elaboración propia, 2026 adaptado de Page et al. (2021).
Figura I: Diagrama de flujo PRISMA
Finalmente, se efectuó un análisis crítico comparativo, identificando avances, brechas de investigación. La síntesis integró hallazgos de orden biotecnológico, económico y de gestión, con el propósito de aportar una visión integral de la producción sostenible de bioetanol de tercera generación .
2. Procesos de obtención de biocombustibles de tercera generación
2.1. Aportes de las biomasas en la producción de bioetanol
El proceso de obtención de biocombustibles de tercera generación (3G), así como la descripción de los tratamientos bioquímicos, fisicoquímicos, térmicos y químicos, ha sido un eje recurrente en la búsqueda de soluciones costo-efectivas (Ahorsu et al., 2018), entre tanto las microalgas son una alternativa que poseen la capacidad de retener CO₂ proveniente de los gases de combustión. Sin embargo, algunas investigaciones de Lee et al. (2019), reconocieron que, debido a sus altos costos de producción, los biocombustibles aún no resultan competitivos frente a los combustibles derivados del petróleo y otras fuentes renovables, ya sea en procesos termoquímicos (gasificación, licuefacción o pirólisis) o en conversiones bioquímicas (digestión anaerobia, fermentación alcohólica o producción fotobiológica de hidrógeno).
Las fases en las biorrefinerías de microalgas abarcan desde la selección de especies apropiadas, su cultivo y cosecha (Dineshkumar et al., 2017), hasta la extracción de agua y lípidos (Roux et al., 2017). Los avances necesarios para la reducción de costos globales implican el diseño de una infraestructura industrial óptima que garantice tanto la adecuada composición del medio de cultivo como la optimización de la luz y la temperatura para el crecimiento de la biomasa (ver Cuadro 1). De igual forma, se requiere una composición intracelular apropiada (Bekirogullari et al., 2020). Resulta esencial la acumulación de carbohidratos en forma de almidón, celulosa, hexosas y pentosas, los cuales eventualmente son transformados en azúcares fermentables para producir bioetanol 3G (Melendez et al., 2022).
Cuadro 1
Contenido de carbohidratos en algas
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Especie |
Producto |
Peso % |
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Chlorella pyrenoidosa |
Carbohidratos |
26 |
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Chlorella Vulgaris |
12-17 |
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Dunaliella salina |
32 |
|
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Scenedesmus obliquus |
10-17 |
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Porphyridium cruentum |
40-57 |
Fuente: Elaboración propia, 2026 adaptado de Cuellar-Bermudez et al. (2014).
Desde la perspectiva como autores, el potencial de las biomasas algales para la producción de bioetanol de tercera generación, no debe evaluarse únicamente en función de su composición bioquímica o rendimiento fermentativo, sino dentro de una lógica integral de sostenibilidad industrial. El verdadero valor estratégico de estas biomasas reside en su capacidad de integrarse a esquemas de biorrefinería circular, donde la captura de CO₂, el aprovechamiento de coproductos y la reducción de presiones sobre recursos agrícolas tradicionales, redefinen su competitividad. En este sentido, se sostiene que la selección de biomasa no debe responder exclusivamente a criterios biotecnológicos, sino también a indicadores tecnoeconómicos y ambientales que permitan su escalabilidad real.
En consecuencia, se propone que futuras investigaciones orientadas a la selección de biomasa para bioetanol 3G incorporen modelos multicriterio que integren desempeño biotecnológico, impacto ambiental, análisis de ciclo de vida y evaluación tecnoeconómica dinámica, con el fin de identificar especies realmente escalables y competitivas frente a otras alternativas energéticas emergentes.
2.2. Desarrollo de tecnológias en la producción eficiente de Bioetanol de Tercera generación
Los aspectos tecnológicos en la producción de bioetanol de tercera generación son cruciales para garantizar la eficiencia y la sostenibilidad. No obstante, aún se requiere un mayor desarrollo de las tecnologías basadas en algas, particularmente en los procesos de cultivo y cosecha. Algunos metodos de extración de materias primas para obtener biocombustibles se han realizado con algas del género Spirogyra. El proceso de extracción de aceite empleó solventes como n-hexano y éter dietílico; mientras que en la segunda etapa el aceite extraído fue transformado en biodiésel mediante transesterificación (Ali et al., 2019).
Asimismo, la producción de biocombustibles a partir de algas como Euglenia, Scenedesmus, Selenastrum, Chlorella o Actinastrum se ha desarrollado en paralelo con procesos de biorremediación de aguas residuales municipales y agrícolas (Lyon et al., 2015). Otras tecnologias emplean Biorrefinería Integrada de Algas y Palma Aceitera como alternativa innovadora, aunque enfrenta retos de comercialización por altos costos y limitaciones tecnológicas (Abdullah et al., 2024).
Moreno-García et al. (2019), reportaron la existencia de dos métodos de cultivo de algas: Fotoautótrofo y heterótrofo. El cultivo fotoautótrofo, puede dividirse en sistemas abiertos y cerrados. Los sistemas abiertos, como estanques, lagos y lagunas, son relativamente fáciles de implementar y de bajo costo, puesto que dependen de métodos naturales de cultivo. En ellos, es posible cultivar algas en estanques abiertos aprovechando el CO₂ atmosférico. La ubicación del estanque es un factor crítico, pues determina la cantidad de radiación solar que las algas pueden captar.
Entre los principales factores que afectan el cultivo en sistemas abiertos destacan la disponibilidad de luz solar, la temperatura del agua y la evaporación. Sin embargo, este tipo de sistemas enfrenta limitaciones como temperatura no regulada, penetración insuficiente de la luz, pérdidas por evaporación y contaminación (Abbasi et al., 2021).
El cultivo en estanques abiertos puede realizarse en cualquier ambiente abierto adecuado, lo que lo convierte en una opción más económica que los fotobiorreactores. La eficiencia de los sistemas cerrados se deriva del mayor control sobre las condiciones de producción. Estos sistemas están construidos principalmente con materiales transparentes, como plásticos o vidrio, para permitir la penetración de radiación solar, y pueden adoptar diversas configuraciones: Paneles planos, tubos, columnas verticales o columnas de burbujeo (Narala et al., 2016).
Otro desarrollo tecnologico, descrito por Khandelwal et al. (2023), destacó la importancia de los sistemas bioelectroquímicos, particularmente las celdas de combustible microbianas empleadas para el cultivo de algas y la producción de bioelectricidad que elimina la necesidad de suministro externo de oxígeno y de procesos de aireación, volviendo el procedimiento más sostenible. Este proceso tecnológico constituye una solución sostenible frente a la creciente demanda energética. El biocombustible derivado de algas es seguro, altamente compostable y libre de azufre (Godvin et al., 2021).
La experiencia y los avances alcanzados en la producción de bioetanol de tercera generación subrayan la importancia de los efectos económicos, técnicos y tecnológicos en este campo. Investigaciones de Aparicio et al. (2021), demostraron cómo la biomasa de Sargassum spp. puede ser convertida bajo alta presión. Finalmente, emplearon una estrategia de pre-saccharificación y fermentación simultánea (PSSF) para producir bioetanol. Estos hallazgos demuestran cómo la tecnología de alta presión puede utilizarse para la producción de bioetanol, aunque a escala industrial es un proceso prolongado debido a las numerosas limitaciones impuestas por las tecnologías actualmente disponibles y al incremento de los costos asociados (Sharma et al. 2022).
Adicionalmente, los avances hacia la nanotecnología ha cobrado relevancia en la producción de biocombustibles, emerge como un campo disruptivo, gracias a la capacidad de las nanopartículas para modificar y optimizar componentes de la biomasa algal, mejorando así la eficiencia global de la biorrefinería. Este tipo de innovaciones, sumadas a experiencias previas con especies como Spirogyra, Scenedesmus, Chlorella o Sargassum spp., colocan de manifiesto la necesidad de integrar enfoques multidisciplinarios que articulen química, biología, ingeniería y economía, en el desarrollo de procesos industriales robustos.
En este contexto, la producción de bioetanol 3G no solo debe ser concebida como un proceso tecnológico, sino como una estrategia integral para la sostenibilidad energética y ambiental (ver Figura II). Su consolidación requiere fortalecer la investigación en pretratamientos eficientes, fermentaciones optimizadas y valorización de coproductos, con el fin de reducir costos y mejorar la viabilidad industrial. La apuesta por estas tecnologías representa una oportunidad decisiva para transitar hacia una economía circular, baja en carbono y resiliente frente a los retos del cambio climático.
Fuente: Elaboración propia, 2026 adaptado de Jain y Kumar (2024).
Figura II: Proceso de fabricación del bioetanol 3G
Finalmente, se considera que el desarrollo tecnológico del bioetanol de tercera generación debe trascender la optimización aislada de etapas unitarias y orientarse hacia plataformas integradas de producción inteligente. La evidencia revisada muestra avances significativos en cultivos algales, pretratamientos y sistemas bioelectroquímicos; sin embargo, la fragmentación tecnológica continúa siendo una barrera para la industrialización. Se interpreta que el futuro del bioetanol 3G dependerá de la convergencia entre automatización, la integración de la inteligencia artificial, la digitalización de procesos, ingeniería metabólica y modelos de evaluación tecnoeconómica dinámica, capaces de transformar innovaciones experimentales en soluciones energéticas industrialmente viable, económicamente competitiva y ambientalmente sostenible.
3. Procesos de integración económica para la producción de bioetanol 3G
La producción de bioetanol de tercera generación (3G) constituye un proceso altamente complejo, condicionado por múltiples factores tecnológicos, económicos, regulatorios y operativos, que determinan su viabilidad industrial y competitividad frente a otras fuentes energéticas (Alaswad et al., 2015; Jabłońska-Trypuć et al., 2023). En este contexto, la tecnología implementada en cada etapa del proceso productivo influye de manera decisiva sobre la estructura de costos, particularmente en términos de inversión de capital, eficiencia operativa y consumo energético.
En consecuencia, el desarrollo de tecnologías más eficientes y económicamente viables continúa siendo una condición indispensable para mejorar la competitividad del bioetanol 3G, especialmente mediante inversiones sostenidas en investigación y desarrollo (I+D) orientadas a optimizar el rendimiento productivo y reducir costos operacionales. En este sentido, sistemas como los reactores abiertos han sido identificados como alternativas económicamente atractivas debido a sus menores costos de construcción y operación en comparación con configuraciones tecnológicas más complejas (Cavelius et al., 2023).
A pesar de que el procesamiento de biomasa continúa representando uno de los principales componentes del costo total de producción, el uso de biomasa algal presenta ventajas estructurales relevantes frente a otras materias primas convencionales empleadas en biocombustibles. Una de estas ventajas radica en su elevado contenido de carbohidratos fermentables, lo que potencialmente reduce la complejidad y el costo de los procesos de pretratamiento, particularmente al evitar etapas intensivas asociadas a la remoción de lignina, como ocurre en biomasa lignocelulósica derivada de residuos agrícolas o caña de azúcar. Otras tecnologías avanzan a la producción de bioetanol a partir de microalgas, cuyo objetivo es mejorar la eficiencia del proceso y reducir los costos globales de producción (Chong et al., 2020).
En el marco de las biorrefinerías avanzadas, la valorización integral de la biomasa constituye un elemento central para fortalecer la rentabilidad del modelo productivo. Sydney et al. (2018), destacaron la viabilidad de aprovechar todos los componentes estructurales de las microalgas mediante esquemas multiproducto; mientras que Tong et al. (2022), demostraron que la biomasa basada en macroalgas puede alcanzar mejoras sustanciales en sostenibilidad y viabilidad económico-ambiental, mediante sistemas de producción en cascada respaldados por análisis tecnoeconómicos integrados. Este enfoque permite redistribuir costos entre múltiples corrientes de valor, mejorando la competitividad del sistema energético en su conjunto.
La literatura reciente posiciona a los biocombustibles 3G como un campo emergente con alto potencial estratégico dentro de la transición energética global, particularmente debido a sus aplicaciones integradas y capacidad de adaptación a futuros modelos energéticos sostenibles. En esta línea, Barragán-Ocaña et al. (2023) propusieron modelos sostenibles orientados a superar barreras técnicas, tecnológicas e infraestructurales que actualmente limitan su viabilidad económica.
De forma complementaria, aunque Rafa et al. (2021) centraron su análisis en biodiésel derivado de microalgas, sus hallazgos aportan referencias económicas relevantes para el sector, al reportar reducciones de costos de producción de hasta 0,73 USD/kg⁻¹ de peso seco y aproximadamente 0,54 USD/L⁻¹ cuando el cultivo microalgal se desarrolla en aguas residuales, lo que evidencia el impacto positivo de estrategias de integración ambiental sobre la estructura económica de los biocombustibles algales.
Adicionalmente, la disponibilidad y gestión eficiente de recursos estratégicos como agua, suelo, energía e insumos nutricionales constituye un determinante crítico de los costos de producción de biomasa. Stewart et al. (2023), señalaron que las políticas energéticas nacionales, los incentivos fiscales y las regulaciones ambientales, pueden modificar significativamente la viabilidad económica de la producción de bioetanol, al influir tanto en costos operativos como en condiciones de inversión. A estos factores se suman presiones competitivas derivadas del mercado energético global, particularmente frente a combustibles fósiles subsidiados y otras alternativas renovables con mayor madurez tecnológica.
Del mismo modo, variables asociadas a la demanda de mercado, el precio de los coproductos, los costos logísticos y las cadenas de suministro inciden directamente sobre la rentabilidad del bioetanol 3G. Pérez-López et al. (2018), subrayaron la relevancia económica de los coproductos dentro del modelo de negocio de las biorrefinerías; mientras que los costos de transporte y distribución continúan representando una carga significativa sobre el costo total del combustible, especialmente cuando la infraestructura industrial aún no se encuentra plenamente consolidada.
Desde una perspectiva integradora, la viabilidad económica del bioetanol de tercera generación no debe interpretarse exclusivamente como una cuestión de reducción de costos operativos, sino como un desafío sistémico asociado a la integración tecnológica, la gestión estratégica y la configuración de ecosistemas industriales sostenibles. Aunque el potencial biotecnológico de microalgas y macroalgas ha sido ampliamente documentado, la competitividad económica del bioetanol 3G continúa condicionada por factores estructurales que trascienden el rendimiento técnico del proceso, incluyendo economías de escala, infraestructura especializada, eficiencia logística, estabilidad regulatoria, acceso a financiamiento e integración efectiva con cadenas de valor energéticas consolidadas.
4. Oportunidades emergentes en el Sector de los Combustibles Renovables
El bioetanol continúa consolidándose como uno de los biocombustibles líquidos con mayor relevancia dentro de la matriz energética global, particularmente en economías con marcos regulatorios consolidados para combustibles renovables. En el caso de Estados Unidos, el bioetanol representa el combustible renovable de mayor demanda, reflejando una estructura de mercado históricamente favorable a su adopción industrial.
Según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos y Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (OCDE/FAO, 2022), existe una creciente orientación internacional hacia la sostenibilidad en la producción de biocombustibles; sin embargo, las materias primas convencionales continúan dominando la industria global. Actualmente, aproximadamente el 59% de la producción mundial de bioetanol proviene del maíz, seguido por la caña de azúcar (22%), la melaza (2%) y el trigo (2%); mientras que el porcentaje restante se distribuye entre otras fuentes agrícolas tradicionales.
Aunque las tecnologías avanzadas basadas en biomasa lignocelulósica, residuos agrícolas y cultivos energéticos dedicados, han ampliado el horizonte tecnológico del sector, su participación en el volumen global de producción continúa siendo limitada. En este contexto, los biocombustibles de tercera generación emergen como una alternativa con elevado potencial estratégico, particularmente por su capacidad de integrarse a modelos energéticos sostenibles sin competir directamente con sistemas de producción alimentaria.
La producción global de bioetanol alcanzó aproximadamente 15,7 mil millones de galones en 2019, cifra que evidencia el interés sostenido en este combustible dentro del sector energético internacional. En Estados Unidos, su incorporación alcanza aproximadamente el 98% de la gasolina comercializada, impulsada por estándares regulatorios orientados a reducir emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en el sector transporte (Spatari et al., 2020). Este escenario confirma que la consolidación de mercados regulados constituye un factor determinante para acelerar la transición hacia combustibles renovables de menor intensidad de carbono.
Los mercados regionales de biocombustibles representan una alternativa prometedora para alcanzar objetivos de sostenibilidad. El fomento de la producción y uso de biocombustibles locales, contribuye a reducir la huella de carbono en el sector transporte y a promover una economía circular y sostenible. Sánchez et al. (2018), identificaron oportunidades comercialmente viables y de bajo costo en Estados Unidos para implementar tecnologías de captura y almacenamiento de carbono en biorrefinerías existentes, mejorando así la producción de biocombustibles de bajo contenido de carbono.
En este escenario, el bioetanol derivado de biomasa algal presenta ventajas competitivas emergentes asociadas a sostenibilidad ambiental, productividad biológica y diversificación industrial. No obstante, su consolidación comercial aún enfrenta desafíos estructurales vinculados con la optimización de procesos, reducción de costos, escalabilidad tecnológica y consolidación de infraestructura industrial especializada. Melendez et al. (2021), proyectaron un incremento sostenido en la producción y consumo global de bioetanol, alcanzando aproximadamente 134,5 mil millones de litros para 2024, lo que sugiere un entorno de mercado favorable para tecnologías emergentes capaces de responder a futuras demandas energéticas sostenibles.
Diversas aplicaciones del bioetanol en diferentes industrias han despertado el interés de empresas que buscan alternativas más seguras a los combustibles existentes, destinando recursos a la investigación y a la infraestructura. Desde una perspectiva tecnoambiental, considerando por ejemplo biocombustibles producidos a partir de materias primas celulósicas, es posible lograr reducciones de hasta el 60% en emisiones de GEI en comparación con los combustibles fósiles (Bušić et al., 2018).
Bajo este enfoque, las biorrefinerías representan una estructura industrial que permite a la gestión empresarial alcanzar un desarrollo integral y multifuncional, orientado a la producción sostenible de una amplia gama de productos y subproductos derivados de la biomasa. Este enfoque se centra en el aprovechamiento eficiente de todas las materias primas disponibles, mediante la selección y valorización de moléculas específicas de biomasa para maximizar su uso y facilitar la producción de biocombustibles y otros compuestos de valor agregado. Adoptar esta filosofía de producción sostenible no solo resulta innovador, sino también imperativo para enfrentar los desafíos de la industria química y energética en relación con el cuidado del medio ambiente y de la sociedad (Karimi et al., 2024).
En Brasil, alrededor del 30% de las instalaciones industriales dedicadas a la producción de bioetanol han adoptado bioprocesos continuos, debido a sus múltiples ventajas, entre ellas una mayor concentración de células de levadura. Rossi et al. (2021), expresaron optimismo respecto al potencial de revitalización de la industria del bioetanol en Brasil. Este sector mantiene un alto potencial de crecimiento, especialmente considerando la transición global hacia los vehículos eléctricos.
Entre las tecnologías más consolidadas en la química del bioetanol se destacan la producción de etileno y ácido acético; mientras que el desarrollo de procesos para convertir etanol en combustibles más pesados, como combustibles para aviación, así como la producción estratégica de hidrógeno (H₂) mediante reformado con vapor del bioetanol, representan líneas de alto interés estratégico.
El interés industrial en la promoción de estas tecnologías se ve reforzado por su capacidad de contribuir sustancialmente a la reducción de emisiones de GEI (Guimarães et al., 2023; Lowy et al., 2024). Este enfoque coloca énfasis en la optimización de las condiciones de biorrefinería y en el modelado operativo de las etapas de pretratamiento y fermentación. Asimismo, se vislumbra la incorporación de nuevas técnicas respaldadas por inteligencia artificial, destinadas a mejorar las cepas microbianas adecuadas para la producción de bioenergía (Al Azad et al., 2024), el Cuadro 2, presenta una síntesis de las principales compañías involucradas en la producción de bioetanol.
Cuadro 2
Capacidades productivas de las compañías dedicadas a la producción de bioetanol
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Empresas |
Capacidades de producción |
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Archer Daniels Midland (EE. UU.) |
Se espera la producción de hasta 500 millones de galones de combustible sostenible para aviación, utilizando la tecnología de Gevo en plantas de etanol de molienda seca ubicadas en Columbus (Nebraska), Cedar Rapids (Iowa) y Decatur (Illinois). Estas plantas tienen una capacidad de producción combinada de alrededor de 900 millones de galones de etanol. |
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Poet LLC (EE. UU.) |
Empresa líder en producción de biorrefinación eficiente e integrada verticalmente. Con 23 años de trayectoria, produce anualmente más de 1,7 mil millones de galones de bioetanol. En septiembre de 2018, la compañía expandió su planta de Ohio a 80 millones de galones, incrementando la capacidad total de la planta a 150 millones de galones de biocombustible. |
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Green Plains Inc. (EE. UU.) |
Ubicada en seis estados, cuenta con 11 plantas de producción de etanol de molienda seca, que producen bioetanol, alcohol de grado industrial, granos de destilería y aceite de maíz. La capacidad total de producción es de 958 millones de galones por año. |
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Valero Energy Corporation (EE. UU.) |
Durante el cuarto trimestre de 2022, la producción de etanol promedió 4,1 millones de galones por día, lo que representó una disminución de 340 mil galones por día en comparación con el mismo período del año anterior. El mayor beneficio operativo del cuarto trimestre de 2021 se debió principalmente a los altos precios del bioetanol, impulsados por una fuerte demanda y bajos niveles de inventario. |
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Raízen Energia (Brasil) |
Raízen SA, empresa energética brasileña (CZLTA.UL), tiene previsto construir una segunda planta de bioetanol celulósico en el país, con una capacidad de producción anual de 82 millones de litros. |
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Tereos (Francia) |
Tereos posee el 48 % de la producción de etanol en Francia (casi la mitad de la producción nacional). |
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Abengoa Bioenergía (España) |
El mayor productor de bioetanol en Europa, con una capacidad de producción de 340 millones de litros, y el quinto mayor en EE. UU., con 415 millones de litros. Abengoa opera además dos plantas de bioetanol en las ciudades portuarias de La Coruña (noroeste de España) y Cartagena (sur de España), con una capacidad anual combinada de 257.000 toneladas, destinadas principalmente a la exportación. |
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Crop Energies AG (Alemania) |
La capacidad de producción de biodiésel instalada en Europa alcanzó 7 millones de toneladas, de las cuales el 23 % corresponde a Alemania, donde se localizan 9 plantas de producción. |
Fuente: Elaboración propia, 2026.
Las oportunidades emergentes en el sector de los combustibles renovables no deben interpretarse exclusivamente como una expansión del mercado energético, sino como una reconfiguración estructural de los sistemas industriales orientados hacia modelos de producción inteligentes, descarbonizados y tecnológicamente integrados. La evidencia revisada permite sostener que el bioetanol de tercera generación posee un potencial estratégico superior cuando se inserta dentro de ecosistemas industriales basados en biorrefinerías multiproducto, y gestión energética predictiva. La competitividad futura no dependerá únicamente del rendimiento biotecnológico de la biomasa, sino de la capacidad institucional, tecnológica y empresarial para integrar innovación, regulación ambiental, inteligencia artificial y diversificación económica dentro de cadenas de valor resilientes.
5. Perspectivas futuras en la producción de bioetanol de tercera generación
El bioetanol obtenido a partir de algas se perfila como una alternativa sostenible y económicamente viable frente a los combustibles fósiles. No obstante, aún persisten desafíos por superar, tales como la optimización del proceso productivo, la reducción de los costos de producción y la garantía de escalabilidad de la tecnología (Sharma et al., 2020). La investigación y el desarrollo en curso sobre la producción de bioetanol a partir de algas probablemente continúen aportando mejoras en términos de eficiencia, rentabilidad y sostenibilidad ambiental.
La productividad de las algas debe considerar la biorremediación de CO₂, lo que resalta la necesidad de realizar evaluaciones simultáneamente económicas y ambientales. En este sentido, Efroymson y Dale (2015) definieron indicadores de sostenibilidad para los biocombustibles de algas relacionados con la calidad del suelo, del aire y del agua, las emisiones de gases de efecto invernadero, la biodiversidad y la productividad.
En contraste, un análisis detallado de los costos y de la sostenibilidad ambiental de las plantas de biodiésel a base de algas, no resulta posible debido a la incertidumbre en su diseño. Esta opinión es compartida por Efroymson et al. (2017), quienes señalan que los altos costos de capital requeridos para la cosecha de algas son significativamente superiores a los generados en explotaciones agrícolas, en las cuales se producen cultivos terrestres destinados a biocombustibles. Entre las ventajas representativas de las algas se destacan su rápida tasa de crecimiento, su elevado contenido de lípidos y carbohidratos, y la ausencia de competencia con la producción de alimentos. A partir de estas consideraciones, la investigación de Mizik (2021) sintetizó las principales características del bioetanol de primera a cuarta generación (ver Cuadro 3).
Cuadro 3
Evolución tecnologica de los metodo de producción
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Generación tecnológica |
Materias primas |
Metodo de producción |
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1 G |
Almidones / biomasa ( trigo, maíz, azúcar de la caña y remolacha). |
Fermentación |
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2 G |
Biomasa lignocelulósica de uso no alimentario (derivada de residuos agrícolas, materiales no agrícolas, gramíneas y árboles). |
Hidrolisis y procesos de fermentación. |
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3 G |
Microorganismos (microalga). |
Hidrólisis y fermentación subsecuente. |
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4 G |
Microorganismos geneticamente modificados. |
Hidrólisis y fermentación subsecuente. |
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Fuente: Elaboración propia, 2026 adaptado de Mizik (2021).
Otra tendencia lo representa en el escenario económico, considerando tanto las demandas productivas de energía como los criterios de sostenibilidad. En consecuencia, en la búsqueda de alternativas frente a los dilemas que enfrenta el sector transporte, surgen tecnologías productivas avanzadas que incorporan objetivos socioeconómicos y contemplan los aspectos ambientales relacionados con la producción de bioetanol. Actualmente, el bioetanol es la alternativa más prometedora frente a los combustibles fósiles convencionales, el alto costo de su producción es la principal razón por la que su uso aún no se ha generalizado (Kumari et al., 2024).
La producción de biocombustibles de tercera generación (3G) puede convertirse en una solución viable frente a la inseguridad energética global y al cambio climático. La atención prestada a las estrategias para la obtención de biocombustibles costo-eficientes a partir de microalgas, ha demostrado que es posible obtener bioetanol al 98% a partir de bagazo de caña de azúcar y algas pardas. Aunque a nivel mundial se producen anualmente 38 millones de litros de biomasa de algas, su comercialización enfrenta desafíos económicos significativos. Por esta razón, las investigaciónes se orienta hacia la minimización de los costos de producción, particularmente en el cultivo de microalgas con fines de aplicación a gran escala en acuicultura, tratamiento de aguas residuales y producción de biogás.
Asimismo, se exploran nuevas formas de coproductos de valor agregado, tales como fotobiorreactores, proteínas, astaxantina y exopolisacáridos, que pueden reducir el costo de producción del biodiésel de 3,90 USD a 0,54 USD por litro. Sin embargo, aún se requiere profundizar la investigación para disminuir los costos de producción a gran escala (Joseph et al., 2023). Otros estudios realizados por Maliha y Abu-Hijleh (2022), se refieren a diversas estrategias aplicadas durante el ciclo de vida de la producción de biocombustibles a partir de algas, las cuales han permitido logros significativos en términos de calidad y rendimiento, al tiempo que han reducido el costo, el consumo energético y otros factores asociados.
La dinámica de productividad en la fabricación de bioetanol 3G aprovecha la capacidad única de las algas para adaptarse a diversos entornos, su eficiencia fotosintética y su habilidad de acumular carbohidratos. La ubicuidad global de las algas ejemplifica su biodiversidad y su flexibilidad en múltiples ambientes y climas. Al cultivarlas en aguas residuales y agua de mar, se reduce la huella hídrica y se incrementa la eficiencia energética, optimizando así la producción de bioetanol 3G (Gawali y Jadhav, 2022; Müller et al., 2023).
Las investigaciones sugieren que el futuro de la producción de bioetanol 3G requiere una visión multidisciplinaria que combine avances en biotecnología, nanotecnología y gestión de coproductos con políticas públicas de incentivo a la innovación y financiamiento verde, y la definición de un modelo factible para la producción eficiente de biocombustibles (Velasquez-Rivera et al., 2022). Solo bajo este marco será posible superar las brechas económicas y tecnológicas actuales, consolidando al bioetanol 3G como una pieza clave en la transición hacia sistemas energéticos sostenibles, resilientes y compatibles con los objetivos de Desarrollo Sostenible.
El desarrollo futuro del bioetanol de tercera generación no debe interpretarse únicamente como un desafío de innovación tecnológica, sino como una transformación estructural de los sistemas energéticos y productivos contemporáneos. La evidencia revisada sugiere que la principal limitación no reside exclusivamente en la biología de las algas o en la eficiencia de conversión bioquímica, sino en la ausencia de modelos integrados capaces de articular tecnología, economía, gobernanza industrial y sostenibilidad ambiental dentro de ecosistemas energéticos funcionales.
Bajo esta interpretación, se sostiene que el verdadero punto de inflexión para la consolidación del bioetanol 3G no será un único avance tecnológico disruptivo, sino la capacidad sistémica de integrar inteligencia industrial, biorrefinerías multiproducto, regulación estratégica e innovación interdisciplinaria.
Conclusiones
La producción de bioetanol de tercera generación a partir de biomasa algal representa una alternativa estratégica dentro de la transición energética global, debido a su potencial para reducir la dependencia de combustibles fósiles, evitar la competencia con cultivos alimentarios y contribuir a modelos de economía circular sostenibles. Se evidencia avances significativos en etapas críticas del proceso productivo, incluyendo el cultivo algal, los pretratamientos, la hidrólisis, la fermentación y la valorización de coproductos, lo que confirma el creciente desarrollo científico y tecnológico del sector.
El estudio aporta una visión integral y actualizada sobre el estado del conocimiento en torno al bioetanol de tercera generación, integrando dimensiones biotecnológicas, económicas y de gestión empresarial sostenible. Los hallazgos contribuyen a la identificación de las brechas estructurales que aún limitan la industrialización del bioetanol 3G, así como en destacar la importancia de modelos de biorrefinería integrados, evaluación tecnoeconómica, digitalización de procesos e inteligencia artificial, como ejes estratégicos para mejorar su competitividad y sostenibilidad.
Se debe destacar una limitada disponibilidad de datos comparables sobre escalamiento industrial real, costos operativos a gran escala y desempeño comercial de tecnologías emergentes, lo que restringe la posibilidad de establecer generalizaciones definitivas sobre su viabilidad económica.
Las futuras investigaciones deberán orientarse en modelos de biorrefinería multiproducto, valorización de coproductos de alto valor agregado y análisis comparativos de escalabilidad industrial y de mercado. Finalmente, el bioetanol de tercera generación aún enfrenta barreras tecnológicas y económicas significativas, su consolidación como alternativa energética sostenible dependerá de la convergencia entre innovación científica, integración industrial, políticas públicas de incentivo y esquemas empresariales
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