Enfoques innovadores para la producción de biocombustibles

Obtener energía directa de los flujos residuales, las bacterias y las algas como rutas para los biocombustibles y las enzimas del estómago de las termitas son algunas de las investigaciones que desarrolla la Universidad de California para utilizar la biomasa como fuente de combustible y energía


San Diego, California (EEUU).-La crisis energética, los altos precios del petróleo y el calentamiento global han incrementado la atención sobre el uso de los biocombustibles como solución futura. En la Universidad de California en San Diego (UCSD), Estado Unidos se hacen esfuerzos tendentes a desarrollar otros enfoques innovadores y visionarios sobre la producción de biocombustibles a través de una línea de investigación que aborda este tema de forma interdisciplinaria conjuntamente con la colaboración de otros países.

Arthur Ellis, vicerrector de Investigación de la UCSD, se encarga de supervisar la mencionada investigación y la infraestructura completa que requiere una institución avanzada de investigación. Para Ellis el uso de los biocombustibles no es nuevo, durante los años 70 y la crisis petrolera, Brasil lanzó una campaña de etanol a partir de la caña de azúcar siendo ahora el más importante exportador de etanol del mundo.
Lo cierto es que según Ellis, el aspecto energético nos ocupa a todos, en especial al estado de California que consume un importante porcentaje de combustibles fósiles. El estado de California ubicado en la costa oeste de EEUU promovió la Ley de Soluciones ante el calentamiento global la cual plantea que con base a incentivos en el mercado reducirán las emisiones de carbono a niveles de 1990 para el año 2020, lo que implica una reducción del 25% y para el año 2050 estiman que las emisiones se habrán reducido a un 80% por debajo de los niveles del referido año.
En tal sentido, Ellis indicó que la UCSD como universidad pública se compromete a trabajar con el estado de California para lograr estas metas. “La investigación en biocombustibles es importante para promover las nuevas tecnologías que abordarán el calentamiento global, la contaminación ambiental y los combustibles alternativos. Contamos con una industria de biotecnología que va en auge y que aportará contribuciones importantes a este tipo de tecnología”. Sin embargo, el vicerrector de Investigación de la UCSD explicó que hay varios elementos requeridos para avanzar en estas áreas: primero, utilizar las ciencias interdisciplinarias en áreas como la nanotecnología, biotecnología y tecnología de la información, de las disciplinas científicas y la ingeniería; segundo, establecer alianzas entre gobiernos, industria y sector académico; y contar con conexiones internacionales a fin de colaborar con científicos en todo el mundo para avanzar en la investigación sobre biocombustibles.

Energía de los flujos residuales de biomasa Robert Cattolica, profesor de física de la UCSD con estudios en ingeniería, estudia la conversión de energía térmica (calor) a energía química y desarrolla métodos para obtener energía directa de los flujos residuales de biomasa en alianza Gobierno-Industria-Academia.
El equipo científico de Cattolica trabaja en el proceso termoquímico para la conversión de la biomasa a alcohol mixto. “El proceso aunque empieza con la biomasa, se basa en una tecnología de gas que tiene ya bastante tiempo con una tecnología bien desarrollada para insumos convencionales y su isótropo es un catalizador que convierte el gas a líquido hidrocarburo. Este tipo de tecnología catalizadora se utilizó con carbón y gas natural produciendo el tipo de combustible como diesel y parafinas. Actualmente nos interesa la materia prima o insumos renovables (biomasa) y residuos sólidos municipales para crear productos finales como alcoholes y sustancias químicas”.
“En vez de sembrar más queremos producir fuentes de biocombustibles provenientes de biomasa, residuos de plantas agrícolas o urbanas y de residuos sólidos municipales”. Este proceso consiste en gasificar la biomasa a través de un proceso químico para luego convertirla en energía, se quema en un horno y se puede producir diesel o cualquier otro producto. También, dijo Cattolica, la producción química se gasifica utilizando otros catalizadores, logrando alcoholes más elevados.

Bacterias: una ruta hacia los biocombustibles Steven Briggs, profesor de ciencias biológicas de la UCSD con estudios en el área botánica, patología de plantas y con amplia experiencia en la industria; trabaja en el uso de la ingeniería genética con bacterias como una ruta hacia los biocombustibles. Considera el científico de la UCSD que las bacterias se pueden estructurar genéticamente para que produzcan moléculas orgánicas que produzcan biocombustibles con bacterias a menor costo y con un mayor rendimiento para el etanol, que con la levadura. Según Briggs, las tecnologías dominantes actualmente utilizadas para producir biocombustibles consisten en un proceso donde del grano del maíz se toma el almidón aislado que es convertido con enzimas a glucosa, fermentado con levadura produciendo etanol, “así como si uno fuera a producir cerveza”.
Por su parte, Briggs trabaja con tecnología para reemplazar la levadura con un organismo que hará una mejor molécula de combustible que el etanol. “No se requiere de un nuevo invento para generar la industria del combustible de etanol, pero lo negativo del etanol como combustible es que tiene baja densidad de energía y también es corrosivo, porque el etanol absorbe el agua”.
En su laboratorio ha desarrollado un nuevo mecanismo de control que se conoce como TEnBox, el cual permite que los productos que originan estas bacterias se reproduzcan a niveles 50 veces mayores. “Aunque este tipo de moléculas pueden hacerse utilizando la tecnología actual, no se pueden producir a niveles suficientemente elevados, sin embargo con la tecnología TEnBox creemos que se pueden producir a un nivel comercial y competitivo”.
Indicó el científico que el etanol es tóxico para la levadura porque después de acumularse a un nivel menor, mata la levadura y ya no se produce más. “Un 12% del volumen en el que crece la levadura una vez que se convierte en etanol, ya no puede seguir aumentando”.
Para Briggs, la bacteria ofrece varias ventajas porque crecen más rápido que la levadura, el tiempo de su ciclo de fotosíntesis es más reducido “lo que es importante para un proceso de refinación que cuesta cientos de millones de dólares”; y además porque la bacteria se puede suturar para producir productos complejos. Cree probable que estas moléculas de biocombustibles son de mucho mejor calidad que el etanol con mayor densidad de energía y no corrosivos.

Las algas como biocombustibles Greg Mitchell, biólogo y experto en fotosíntesis de la UCSD, investiga las implicaciones de las algas relativas al biocombustible. Afirma que el fitoplancton produce la mitad de oxigeno para la atmósfera del mundo de ahí el trabajo que realiza junto con sus colaboradores para explorar el potencial de la ingeniería genética a fin de optimizar la producción de biocombustibles. Explicó que estas plantas microscópicas son una nueva fuente de etanol como lo es el biocombustible y debe incorporar las algas como una fuente de biomasa acuática no tradicional. “Son muy diversas desde organismos muy pequeños y pueden duplicar su biomasa en un día”. Mitchell dijo que las algas producen 10 veces más biomasa que cualquier otra planta y comparado con otras alternativas como el maíz o soya, utiliza 10 veces menos la tierra que no necesariamente tiene que ser la mejor tierra agrícola.
Según Mitchell los insumos de etanol y biocombustibles deberán ampliarse si se piensa utilizar la biomasa como fuente de combustible y energía. “El confiar en cultivos alimenticios o la tierra en el cual se siembra no es algo que se desea, el etanol podrá ser parte de la solución así como reciclar residuos agrícolas animales, pero a gran escala debemos explorar otras fuentes y las algas pueden ser la solución porque pueden cultivarse en áreas no agrícolas y en agua un poco salubre y así no usar la tierra agrícola”. Cifras presentadas por el científico indican que en 20 millones de acres de tierra se pueden proveer todo el combustible que necesita el sector transporte de EEUU. “Las algas tienen el potencial de ofrecer mayor rendimiento, por eso desde la perspectiva industrial y económica nos ayudaría a resolver muchos problemas. La industria calcula un precio menor a los 2 dólares por galón de biodiesel proveniente de las algas”.

Enzimas útiles en el estómago de las termitas Son unas comelonas insaciables de la madera y por eso son temidas en el mundo entero. En los hogares quieren combatirlas y aniquilarlas, pero en los laboratorios científicos son bienvenidas. La voracidad característica de las termitas, insectos pertenecientes a la familia de los isópteros que suelen confundirse con las hormigas blancas, provocan un proceso de digestión que ha captado el interés de los científicos.
La Universidad de San Diego (UCSD) hace esfuerzos por aislar las enzimas útiles de las termitas a fin de reproducir los procesos químicos que ocurren en el estómago de estos insectos de forma sintética. “Las termitas procesan la biomasa y la convierten en energía”, dijo Justin Stege, director asociado de Combustibles Alternativos de la Corporación Verenium, organización de California que colabora con la UCSD en el desarrollo de la mencionada investigación.
Según Stege, existen 2500 especies de termitas que juegan un papel muy importante en el entorno global. “El 2% de las emisiones globales de dióxido de carbono y el 4% de las emisiones de metano se estiman que son producidos por las termitas”.
En tal sentido, añadió que realizan acuerdos en diferentes países del mundo adscritos al Convenio Mundial de Diversidad Biológica para extraer miles de muestras de esta especie en distintos puntos del planeta “para ver si se detectan enzimas u otro compuesto importante en las aplicaciones actuales”. Stege está convencido que el mundo requiere de biocombustibles como el etanol, los cuales a su juicio jugarán un papel fundamental en la disminución de los combustibles fósiles.

¿Qué es la biomasa?
Según el portal www.enersilva.org la biomasa es un término genérico que hace referencia a la cantidad de materia viva producida por plantas, animales, hongos o bacterias, en un área determinada; es un recurso potencialmente renovable. El carbón, el gas, el petróleo y otros combustibles fósiles, no se consideran biomasa aunque deriven de material vivo. El sol es la fuente principal presente en la energía de biomasa. Los métodos termoquímicos y biológicos son los más usados para transformar la biomasa en energía térmica, eléctrica o mecánica. Un kilogramo de biomasa proporciona 3.500 kilocalorías mientras un litro de gasolina proporciona 10.000 kilocalorías; “es decir, se necesitan 3 kg de biomasa para obtener la misma cantidad de energía que nos proporciona un litro de gasolina, o lo que es lo mismo, cuando desperdiciamos 3 kg de biomasa estamos desaprovechando el equivalente a un litro de gasolina”.