Towards sustainable marine biorefineries: the potential of eco-solvents

Abstract

In an era defined by unprecedented global challenges, the imperative to harness renewable resources efficiently has never been greater. The focus now is on sustainable approaches, balancing immediate demand with enduring environmental health. The collabora tion between industry and academia is crucial to transition from a fossil fuel centric model to a bioeconomy anchored in sustainable resources. The concept of a blue biorefinery represents an essential progression in this direction, harnessing the untapped potential of marine biomass for a myriad of products. Marine derived pigments (in particular, carotenoids), have gained significant attention due to their unique bioactive properties and growing market demand. However, despite their potential, sustainable , efficient, and cost effective recovery of these compounds remains a technical and environmental challenge. In addressing these challenges, this work delves into such sustainable biorefinery processes, emphasizing the use of alternative solvents (such as, surfactants, biosolvents, and eutectic solvents) in the extraction and purification of biomolecules, primarily carotenoids. Nevertheless, within the blue biorefinery paradigm, the simultaneous recovery of other value added compounds was achieved affording multiple product streams. Throughout all chapters, the research generally yielded enhanced extraction yields, purities, and selectivity compared to conventional solvents. Solvents derived from natural sources (namely the biosolvents and eutectic solvents explored) stood out due to their enhanced capability to extract carotenoids, and biocompatibility. Importantly, this work underlines the adaptability of the methodologies across multiple biomass sources, reinforcing their broad applicability. As industries gravitate towards natural products, this research envisions a future where blue biorefineries, built around eco solvents, emerge as the nexus between innovation, economic feasibility, and environmental stewardship.

Numa era marcada por desafios globais nunca antes vistos, a necessidade de aproveitar eficazmente os recursos renováveis é mais importante do que nunca. O foco atual recai sobre abordagens sustentáveis, equilibrando as necessidades imediatas com a preservação ambiental a longo prazo. A colaboração entre indústria e academia é vital para a transição de um modelo centrado em combustíveis fósseis para uma bioeconomia ancorada em recursos sustentáveis. O conceito de biorrefinaria azul representa um avanço essencial nesta direção, explorando o potencial ainda não aproveitado da biomassa marinha para uma miríade de produtos. Os pigmentos derivados de fontes marinhas (em particular, os carotenoides) têm recebido grande atenção devido às suas propriedades bioativas únicas e à crescente procura no mercado. Contudo, apesar do seu potencial, a recuperação sustentável, eficiente e economicamente viável destes compostos continua a ser um desafio técnico e ambiental. Para abordar estes desafios, este trabalho investiga processos de biorrefinaria sustentável, destacando o uso de solventes alternativos (como surfactantes, biosolventes e solventes eutécticos) na extração e purificação de biomoléculas, primariamente carotenoides. No entanto, dentro do paradigma da biorrefinaria azul, foi também alcançada a recuperação simultânea de outros compostos de valor acrescentado, proporcionando assim múltiplos produtos. Em geral, todos os capítulos revelaram melhores rendimentos de extração, purezas e seletividade em comparação com solventes convencionais. Solventes derivados de fontes naturais (nomeadamente os biosolventes e solventes eutécticos estudados) destacaram-se pela sua capacidade superior de extrair carotenoides e pela sua biocompatibilidade. Importante salientar que este trabalho realça a adaptabilidade das metodologias a múltiplas fontes de biomassa, reforçando a sua ampla aplicabilidade. À medida que as indústrias gravitam para produtos naturais, este trabalho prevê um futuro onde as biorrefinarias azuis, construídas em torno de eco-solventes, emergem como o elo entre inovação, viabilidade económica e responsabilidade ambiental.