Istnieją różne metody utylizacji odpadów. Zgodnie z hierarchią działań w gospodarce odpadami, jeżeli nie można uniknąć ani ograniczyć ich powstawania, należy je poddać ponownemu użyciu lub recyklingowi. Popularnym rozwiązaniem jest odzysk energii z procesu spalania. Jednak ze spalaniem wiąże się emisja dużej ilości gazów do atmosfery oraz – a może przede wszystkim – utrata cennych surowców, jakimi są bioodpady. Wykorzystanie metod biotechnologicznych w recyklingu odpadów może przynieść takie korzyści, jak: oszczędność energii, dostarczanie cennych surowców do przemysłu, stymulowanie rozwoju innowacyjnych i przyjaznych dla środowiska technologii, oszczędność naturalnych zasobów surowcowych oraz ograniczenie budowy nowych składowisk i spalarni.

W świetle rosnącego zapotrzebowania na energię i zrównoważonego rozwoju, produkcja energii i chemikaliów ze źródeł odnawialnych jest koniecznością. W najbliższej przyszłości gospodarka energetyczna, surowcowa i odpadowa będą musiały być zintegrowane. Rozwój technologii bioreafineryjnych doskonale wpisuje się koncepcję gospodarki cyrkularnej. Celem badań jest opracowanie nowych rozwiązań zagospodarowujących odpady.

Biorafinerie można zdefiniować jako układy technologiczne, w których surowce biologiczne są rafinowane i konwertowane na bioprodukty. Podobnie jak rafinerie petrochemiczne, biorafinerie powinny wytwarzać różnorodne produkty – tj. paliwa transportowe, surowce chemiczne, materiały i specjalistyczne związki chemiczne o dużej wartości rynkowej – w małych ilościach lub objętościach.

Odpady mogą stanowić cenne źródło surowców w procesach biorafineryjnych, w których biomasa (tj. odpady organiczne) jest przetwarzana na związki chemiczne, nośniki energii i ciepło. Do wzrostu wydajności energetycznej w biorafinerii przyczynia się, podobnie jak w tradycyjnych rafineriach, integracja procesowa i wykorzystanie ciepła do współprodukcji różnych pro-duktów. Procesy biorafineryjne można podzielić na termochemiczne (piroliza, gazyfikacja, spalanie) i biologiczne (kataliza enzymatyczna i fermentacje). Obecnie produkcja energii jest głównym celem rozwoju tych procesów, ale w ostatnich latach zintensyfikowano prace nad produkcją związków chemicznych o dużej wartości rynkowej.

Rozwój koncepcji biorafinerii przetwarzających surowce odpadowe jest podyktowany trzema ważnymi czynnikami: (1) zwiększającym się zapotrzebowaniem na energię, (2) negatywnym wpływem zwiększającego się zużycia paliw kopalnych na klimat oraz (3) koniecznością zagospodarowywania coraz większej ilości odpadów wytwarzanych przez rosnącą liczbę ludności na świecie i bogacące się społeczeństwa.

W ramach badań opracowano technologie przetwarzania odpadów i biomasy lignocelulozowej do biopaliw i biochemikaliów a także zaproponowano potencjalne zintegrowanie biorafinerii z oczyszczalnią ścieków i komunalną gospodarką odpadową. Ponadto, opracowano jednostopniową metodę produkcji kwasu kapronowego – związku o szerokim zastosowaniu w przemyśle. Metoda ta to duży przełom w technologii znacznie obniżający nie tylko koszty operacyjne, ale również zmniejszająca ślad węglowy technologii. Biologiczna produkcja kwasu kapronowego jest prowadzona przez konsorcja mikroorganizmów tzw. mikrobiomy reaktorowe.

W ostatnich latach narzędzia biologii molekularnej stały się dostępne dla inżynierów środowiska. Początkowo służyły one jedynie jako narzędzia do obserwacji społeczności mikroorganizmów, ale niedługo będą wykorzystywane do kontroli procesów biotechnologicznych. Zastosowanie tych narzędzi do zrozumienia struktury społeczności mikroorganizmów w trakcie procesu beztlenowej fermentacji z użyciem kultur otwartych przyczyni się do stworzenia metody projektowania mikrobiomów reaktorowych o nieznanych jeszcze funkcjach.