Combustibles de aviación de origen biológico: Indicadores de desarrollo tecnológico

Una prometedora alternativa para reducir la huella ambiental de la aviación y contribuir a la consecución de los objetivos climáticos de la UE es la utilización de combustibles de origen biológico. Los indicadores de patentes se muestran aquí como una valiosa herramienta para identificar su nivel de desarrollo tecnológico y conocer los actores más relevantes del sector y sus líneas de trabajo.

El transporte aéreo supone el 3% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. En Julio de 2021, la Comisión Europea presentó el paquete de medidas Fit for 55, que incluye la iniciativa RefuelEU Aviation cuyo objetivo es impulsar la oferta y demanda de combustibles de aviación sostenibles en la Unión Europea, alcanzando un uso del 2% en 2025, del 5% en 2030 y del 63% en 2050. De este modo, se pretende reducir la huella ambiental de la aviación, al tiempo que se contribuya a la consecución de los objetivos climáticos de la UE.

Los primeros vuelos comerciales en que se utilizaron biocombustibles tuvieron lugar en 2008. Los resultados obtenidos propiciaron que a partir del 2011 comenzara a permitirse la mezcla de combustible convencional con hasta un 50% de combustible de origen biológico. En España, Iberia y Vueling realizaron en Noviembre de 2021 sus primeros trayectos con biocombustibles en sus rutas de Madrid- Bilbao y Barcelona- Sevilla, respectivamente.

En general, los combustibles de aviación son mezclas de hidrocarburos que se componen de n-parafinas, isoalcanos ramificados (isoparafinas), alcanos cíclicos (naftenos) y aromáticos, cada uno de ellos con una función específica. Los pesos moleculares y los números de carbono del combustible dependen en gran medida del proceso de transformación químico al que se somete la alimentación, resultando propiedades y usos potenciales diferentes. Una distribución típica del tamaño molecular del combustible de aviación oscila entre C8 y C16.

La biomasa empleada para la producción de combustibles de aviación comprende azúcares y almidón (caña de azúcar, maíz, mandioca, etc.), cultivos oleaginosos (soja, palma, girasol, jatrofa, camelina, etc.), material celulósico (residuos de plantas, madera y derivados de la madera) y otros residuos, tales como residuos sólidos urbanos. Estos materiales se pueden transformar en combustible de aviación mediante diferentes rutas de conversión como  alcohol to jet (ATJ), gas to jet (GTJ), oil to jet (OTJ) y sugar to jet (STJ).

La mayoría de las rutas de conversión transforman una biomasa líquida compleja en biocombustibles a través de tecnologías de hidrotratamiento (tratamiento con hidrógeno) precedidas de procesos termoquímicos, bioquímicos, químicos o una combinación de ellos. Las tecnologías de hidrotratamiento generalmente implican varias etapas constituidas por procesos de desoxigenación (deshidratación, descarboxilación, descarbonilación, por ejemplo), craqueo, hidrogenación e isomerización.

Con el fin de determinar el nivel de desarrollo tecnológico, próximo a la innovación, de los combustibles de aviación de origen biológico, en este estudio se va a abordar el análisis de las patentes relativas a ellos a partir de la identificación de sus indicadores más representativos. Para ello se utilizará la herramienta Global Patent Index con acceso a las bases de datos de la Oficina Europea de Patentes. Previamente, se llevará a cabo el diseño de las correspondientes ecuaciones de búsqueda consistentes en la combinación de palabras clave, operadores booleanos y códigos de la Clasificación Cooperativa de Patentes.

A nivel mundial, se ha solicitado protección para más de 1300 invenciones relacionadas con los combustibles de aviación de origen biológico. El 67% dispuso en algún momento de, al menos, una patente en vigor. Las primeras solicitudes de patente se registraron a finales de los años 90 y principios de los 2000. Desde entonces, los primeros registros de las distintas familias fueron creciendo rápidamente hasta alcanzar su máximo en 2010-2012, con 150 nuevos registros anuales. A partir de esa fecha, se observa un descenso paulatino hasta 2019, cuya continuidad habría de verificarse a finales de 2022, fecha en la que aparecerán abiertas al público todas las solicitudes registradas en 2020 en las bases de datos de patentes.

El 23% de las solicitudes de patente se tramitaron por la vía internacional PCT y el 18% mediante una solicitud de patente europea. El 59% restante se tramitó únicamente en oficinas de patentes nacionales, de modo que el 16% se presentaron en EE.UU., el 11% en China y el 5% en Canadá. En España se tramitaron, aproximadamente, el 1% de las solicitudes. El elevado porcentaje de tramitación de solicitudes por vías no nacionales (41%) son una muestra de que la estrategia de las empresas en este ámbito consiste, mayoritariamente, en extender rápidamente la protección de sus invenciones fuera de sus fronteras.

Las oficinas de patentes donde se han concedido mayor número de patentes son, principalmente, la estadounidense (28%), la europea (17%) y la china (14%). Los países europeos donde se validó un mayor número de patentes europeas son España (39%), Polonia (16%) y Dinamarca (16%). Otras oficinas destacadas son la australiana, la canadiense y  la japonesa. En ellas se concedieron, respectivamente, el 6%, el 5% y el 4% de las patentes totales. A la Oficina Española de Patentes y Marcas le corresponde el 3%, de modo que el 96% son validaciones de patentes europeas. Esto podría ser indicativo de que la titularidad de dichas patentes es de empresas extranjeras.

El principal país de origen de los titulares de las patentes es EE.UU., de manera que el 55% de las invenciones con al menos una patente concedida son americanas. Tras él, en la lejanía, se sitúa China, país al que pertenecen el 15%. Finlandia y Holanda, individualmente, son los países de origen de los titulares del 6% de las invenciones protegidas.

En la Tabla 1 se recogen los titulares de patentes más representativos a nivel mundial. A la cabeza se sitúa la neerlandesa Shell International Research, con 54 invenciones protegidas en 15 países a las que corresponden 221 patentes. Sus ámbitos de protección son EE.UU., Canadá, Australia, Brasil, Sudáfrica, Japón, China, Corea del Sur, Malasia, España, Dinamarca, Polonia, Turquía, Ucrania y Rusia. Esto da una idea de cuáles son los mercados prioritarios del grupo Shell. Las primeras solicitudes asociadas a cada una de sus invenciones se presentaron entre 2006 y 2015, siendo 2012 el año de mayor actividad (Tabla 2). La empresa estadounidense Shell Oil, asimismo del grupo Shell, situada en segunda posición, cuenta con 44 invenciones protegidas mediante 180 patentes y ostenta la cotitularidad de muchas de las patentes de Shell International Research.

Con el fin de determinar las líneas de desarrollo del grupo Shell, se analizaron los códigos más representativos de la Clasificación Cooperativa de Patentes (CPC) asociados a sus documentos (Tabla 2). La Clasificación Cooperativa de Patentes es un sistema jerárquico de clasificación en el que los diferentes códigos de subdividen en función de los campos específicos de la tecnología a los que se refieren. El 55% de las invenciones del grupo Shell llevan asociado el código C10G2300/1014, referido a la “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen vegetal” (Tabla 3). El 46% y el 38% de las invenciones llevan asociados, respectivamente, los códigos G10G3/42 y C10G3/50, relativos a “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos mediante procesos catalíticos” y “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos en presencia de hidrógeno”. Asimismo, el 9% y 7% de las invenciones llevan asociados, respectivamente, los códigos C10G2300/1022 y C13K1/02, referidos a la “obtención de hidrocarburos a partir de productos Fischer-Tropsch” y “sacarificación de materiales celulósicos”. Todos los códigos señalados aportan información sobre los materiales de partida de los biocombustible de aviación desarrollados por esta empresa, que incluyen aceites vegetales, material celulósico (azúcares) y los productos resultantes de la gasificación de biomasa (productos Fischer-Tropsch). Algunos de los códigos se refieren a los procesos de hidrotratamiento a que se somete la alimentación (procesos catalíticos e hidrogenación).

La tercera posición de la Tabla 1 la ocupa Universal Oil Products (UOP LLC). Se trata de una multinacional estadounidense con 43 invenciones protegidas en 9 países (EE.UU., Canadá, Australia, Sudáfrica, China, Malasia, Rusia, México y Taiwán) mediante 75 patentes. Los primeros registros de las solicitudes asociadas a cada una de sus invenciones datan entre 2008 y 2019, siendo 2008 el año más activo (Tabla 2). Entre los códigos CPC más representativos de sus patentes cabe destacar C10G3/50, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos en presencia de hidrógeno”, asociado al 67% de las invenciones; C10G2300/1014, “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen vegetal”, asociado al 63% de las invenciones; C10G2300/1018, “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen animal”, característico del 47% de las invenciones; C10G45/58, “hidrocraqueo de n-parafinas”, característico del 37% de las invenciones; C10G2300/1022 “obtención de hidrocarburos a partir de productos Fischer-Tropsch”, presente en el 26% de las invenciones; y C10G45/02, “hydrofinishing o estabilización térmica, oxidativa y del color”, presente en el 19% de las invenciones.

La finlandesa Neste Corporation se posiciona en el cuarto lugar en el ranking de la Tabla 1, siendo la empresa europea más destacada. Dispone de 37 invenciones protegidas a través de 180 patentes en 17 países. Estos son Finlandia, EE.UU., Canadá, Australia, Brasil, Sudáfrica, Japón, China, Corea del Sur, Malasia, España, Dinamarca, Polonia, Ucrania, Rusia, Lituania y México. Las primeras solicitudes de cada una de sus familias se presentaron entre 2007 y 2019, siendo 2015 su año más activo (Tabla 2). Entre los códigos CPC más característicos de sus patentes resaltar C10G3/50, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos en presencia de hidrógeno”, asociado al 49% de las invenciones; C10G2300/1014, “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen vegetal”, asociado al 39% de las invenciones; C10G3/47, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos utilizando como catalizadores metales del grupo del platino”, representativo del 31% de las invenciones; C10G3/46, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos utilizando como catalizadores metales del grupo del hierro en combinación con cromo, molibdeno y wolframio”,  representativo del 28% de las invenciones; C10G2300/1018, “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen animal”, característico del 26% de las invenciones; C10G45/58, “hidrocraqueo de n-parafinas”, característico del 21% de las invenciones; y C10G2300/1022 “obtención de hidrocarburos a partir de productos Fischer-Tropsch”, asociado al 8% de las invenciones.

El titular asiático más destacado es el Dalian Institute of Chemical Physics, perteneciente a la Academia China de las Ciencias (CAS), el cual ocupa la sexta posición en el ranking global. Cuenta con 28 invenciones protegidas mediante 30 patentes en tan solo tres países, de tal manera que todas sus invenciones están patentadas en China (Tabla 1). Dispone, además, de una patente en Australia y otra en Sudáfrica. La protección exclusiva de las invenciones en su ámbito local es un rasgo característico de las empresas chinas, tal como puede observarse también en el caso de  China Petroleum & Chemical Corporation. Ésta cuenta con 19 invenciones protegidas en China mediante 19 patentes, es decir, una patente por invención en su ámbito local.

El Dalian Institute of Chemical Physics registró las primeras solicitudes asociadas a cada una de sus invenciones entre 2006 y 2016, siendo 2016 el año de mayor actividad (Tabla 2). En relación a los códigos CPC de sus patentes, los más significativos son C10G3/47  “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos utilizando como catalizadores metales del grupo del platino”, asociado al 11% de sus patentes; C10G3/49  “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos utilizando catalizadores soportados en aluminosilicatos cristalinos”, asociado al 11% de sus patentes; C10G3/50, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos en presencia de hidrógeno”, representativo del 11% de las invenciones; C10G3/45, “producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materia orgánica como aceites grasos o ácidos grasos utilizando como catalizadores metales del grupo del hierro”, representativo del 11% de las invenciones; y C10G2300/1014, “obtención de hidrocarburos a partir de materias primas de origen vegetal”, representativo del 7% de las invenciones.

En los párrafos anteriores se han descrito las estrategias, los horizontes temporales de mayor actividad y las áreas de desarrollo más importantes de algunas de las empresas del sector más representativas. En la información recogida en las Tablas 1 y 2, pueden identificarse las relativas al resto de las empresas titulares consideradas asimismo entre las más relevantes.

Para finalizar, resaltar que en este estudio se pone de manifiesto el enorme potencial de los indicadores de patentes para obtener información valiosa de los actores implicados en las distintas áreas tecnológicas, en el caso que nos ocupa, el de los combustibles de aviación de origen biológico.