Boletín UNAM-DGCS-064
Ciudad Universitaria
Alfredo Martínez Jiménez |
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TRABAJA
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La
producción de carburantes derivados del almidón de maíz o el aceite de soya no
es sustentable en México y, por ello, se experimenta con otras alternativas
·
El
IBt de la UNAM ha logrado procesar etanol a partir de biomasa y desechos
agroindustriales, y biodiésel de algas y plantas no comestibles
·
Elaborará
plásticos a partir de sustancias como el lactato, obtenido de residuos
orgánicos, y trabajará en la producción de biopetróleo a partir de bacterias
El Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, mediante la
modificación molecular de algas y bacterias, ha desarrollado un método que
serviría para producir etanol, biodiésel, plásticos biodegradables y, en el
futuro, biopetróleo, informó el investigador
Con más de 10 años de experiencia en la materia, el investigador del
Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis describió los alcances
logrados por el Instituto mediante
Sin embargo, ponderó que el fin de los yacimientos petroleros es
inevitable y que hablar de biocombustibles genera controversia, sobre todo
porque su uso agrava la crisis alimentaria mundial, pues en su producción se
emplean comestibles útiles para consumo humano.
Por ejemplo, Estados Unidos elabora etanol con almidón de maíz; Brasil
usa sacarosa de la caña de azúcar para extraer alcohol y aceite de soya para
generar biodiésel, y lo mismo hacen Argentina y algunas naciones europeas.
No obstante, en México la situación es distinta, pues la producción
interna de maíz o aceite de soya no alcanza para abastecer
Sin embargo, es imperante avanzar en este campo, pues cuando las
reservas de crudo lleguen a su fin, será forzoso echar mano de métodos alternos
para satisfacer las necesidades energéticas, advirtió Alfredo Martínez.
Por esta razón, el país debe apostarle a los bioenergéticos de segunda
generación que, a diferencia de los de primera, no emplean comestibles para
producir hidrocarburos, sino desperdicios orgánicos.
Segunda generación
Para la mayoría de los
países del Tercer Mundo, cuyos habitantes apenas tienen acceso a la canasta
básica, resulta absurdo destinar el alimento a la producción de bioenergéticos
de primera generación, explicó Martínez Jiménez.
Esa condición fue la que
llevó a especialistas a experimentar con las propiedades de la lignocelulosa (o
biomasa), material presente no sólo en plantas y árboles, sino en residuos agroindustriales
como el bagazo de caña y agave, el rastrojo de maíz, la cascarilla de arroz y
los olotes, que servirían como posible materia prima para estos fines.
La idea se remonta a
Este bajo costo fue la
razón por la que el desarrollo de otros carburantes no siguió adelante. Sin
embargo, tanto Henry Ford como Rudolf Diesel originalmente pensaron en
compuestos alternos para alimentar los motores de sus vehículos: Ford
consideraba emplear etanol, mientras que Diesel tenía en mente el aceite de
cacahuate.
Hoy, el costo del
petróleo depende de muchos factores, y aunque recientemente su precio ha caído
abruptamente, a medida que se agoten las reservas se encarecerá; lo que hace
necesario disponer de otros medios que, además, sean menos agresivos con el
ambiente.
Una opción son los
combustibles de primera generación, que son más limpios y se producen a partir
de tecnologías “maduras”, es decir, conocidas desde hace décadas, pues son
similares a las empleadas en la producción de vino o cerveza. No obstante, por
el dispendio alimentario que representan, no son viables para el país.
Para enfrentar esta
circunstancia, la segunda generación de bioenergéticos persigue la obtención de
comburentes a partir de materiales que no formen parte de la cadena
alimenticia. No obstante, las técnicas para convertir la biomasa en etanol u
otro bioenergético, a pesar de que tienen más de 20 años de investigación, aún
no están “maduras”, lo que significa que aún falta por desarrollar una
tecnología económicamente atractiva para su industrialización.
Actualmente, el costo de
crear energéticos por esta vía resulta más elevado que el de los hidrocarburos,
aunque el método es sencillo. Y explicó: “Si se arrojan restos de plantas al
suelo, aunque el proceso es lento, la naturaleza acaba por descomponerlas; esto
contrasta con lo que sucede con el azúcar, que incluso disuelta en un vaso de
agua se fermenta rápidamente por los microorganismos que se encuentran, de
manera natural, en el ambiente produciendo entre otros compuestos el etanol biocarburante”.
La materia vegetal,
incluyendo la agroindustrial, está compuesta en 80 ó 90 por ciento por azúcares
como la glucosa, xilosa, manosa y galactosa, y buena parte de ella forma
estructuras complejas de lenta degradación en el medio ambiente, además de
otros compuestos y los polímeros fenólicos, conocidos como lignina.
El objetivo del grupo de
investigación es imitar a la naturaleza, pero acelerando los procesos de
hidrólisis y de fermentación mediante la llamada “ingeniería de vías
metabólicas”, aplicada particularmente a bacterias, para que los deshechos se
descompongan rápidamente y produzcan alcoholes.
Ingeniería genética de vías metabólicas
Este proceso es en el
que más experiencia tiene el grupo de investigación del IBt, del que Martínez Jiménez
forma parte, pues ha logrado aprovechar varios azúcares, además de la glucosa y
fructosa para incorporarlos en el proceso de síntesis biológica de etanol;
también ha tenido éxito al incluir la xilosa,
La diferencia entre
xilosa y glucosa es que la primera, tiene seis carbonos y la segunda, cinco.
Esta última es dulce, aunque no como la sacarosa, y no puede ser descompuesta
de manera natural por las levaduras, indicó.
A través de técnicas de
biología molecular, en el laboratorio se desarrolló un procedimiento basado en
la ingeniería genética de vías metabólicas, que permite que una bacteria
utilice los sacáridos y los convierta en etanol, resaltó. “En este caso no
intervienen las levaduras, como sucede en los procesos de fermentación que dan
lugar a las bebidas alcohólicas. Ésta es la principal aportación de la UNAM en
el proyecto”, aseguró.
Ahora, empleando estos
microorganismos, el objetivo es transformar los azúcares de la biomasa en
biocombustibles.
La prioridad del equipo
es seguir mejorando la eficiencia con la que estos “nuevos” microorganismos
utilizan la glucosa, la xilosa y en general todos los carbohidratos presentes
en los residuos agroindustriales, para transformarlos con alto rendimiento en
carburantes. El paso siguiente es destilar alcohol y secarlo, como se hace con
el etanol de almidón de maíz o de la caña de azúcar.
Por otro lado, el
biodiésel de primera generación es fabricado a partir de aceites como los que
se emplean en la cocina; de hecho, la Universidad ha desarrollado proyectos
para colectar desechos oleaginosos de restaurantes y convertirlos en
comburentes.
Sin embargo, esto no
basta para satisfacer el consumo automotriz y, ante ello, se han ideado formas
de obtenerlo a partir de otros recursos. En esta dirección, la UNAM junto con
otras instituciones, ha experimentado con dos plantas no aptas para consumo
humano: la Higuerilla y la Jatropha, que pueden crecer en suelos semiáridos y
producen nuececillas aceitosas.
La meta es transformar
los aceites de estas plantas en biodiésel mediante un catalizador, proceso
conocido como transesterificación.
Tercera generación
La tercera generación de
bioenergéticos toma un rumbo distinto y le apuesta a modificar el proceso
biológico de algas para obtener combustibles.
Las algas son
particularmente promisorias en este propósito, pues no sólo ofrecen la
posibilidad de generar aceite adecuado para el biodiesel, sino que, si se
alteran molecularmente, podrían producir biopetróleo, explicó.
Esta familia vegetal es
diversa y las variantes más conocidas son las macroalgas marinas; sin embargo,
también existen las llamadas microalgas, organismos unicelulares que viven de
manera independiente y son microscópicos.
Las algas, como
cualquier organismo vivo, acumulan ciertos compuestos según su entorno y
alimentación. Así, si éstas son cultivadas en un fotobiorreactor, donde son
limitadas de algún nutriente y sólo disponen de dióxido de carbono, se obtiene
aceite en grandes cantidades.
“En el IBt se trabaja
con una variante que crece en el desierto, pues estos organismos no sólo se
encuentran en el mar. Ésta, además de ser alimentada con luz solar y el dióxido
de carbono presente en el aire, es privada de ciertos nutrientes para que genere lípidos.”
Este procedimiento
resulta atractivo porque su nivel potencial de producción es alto, contrario al
que se registra en procesos basados en residuos, como es el caso del de aceite
recolectado en comedores o de otras fuentes oleaginosas.
La demanda diaria de
diésel en el país es de aproximadamente 50 millones de litros empleados
principalmente por camiones que se dedican al transporte de carga pesada,
barcos y en algunos automóviles.
La ventaja de las microalgas
es que, al ser unicelulares, maduran más rápido y se duplican en un solo día,
lo que no sucede con el resto del reino vegetal, pues la caña de azúcar, pese a
ser una de las plantas con mayor rendimiento de sacarosa, está limitada a una
cosecha anual.
Pero las algas no sólo
acumulan aceites, sino también alcanos y alquenos, compuestos presentes en el
petróleo, por lo que es factible generar biomasa y transformarla en
biopetróleo, expuso. Además hay una tercera opción que se analiza en el IBt,
consistente en la modificación genética
de bacterias para que produzcan también dichas sustancias.
Un aspecto a subrayar,
explicó, es que los biocombustibles son renovables, no finitos como los
hidrocarburos fósiles. La finalidad es partir del hecho que, con la energía del
Sol y el dióxido de carbono de la atmósfera la naturaleza produce biomasa, que
podría ser integrada a procesos de producción de biocombustibles amigables con el medio ambiente ya sea
etanol, biodiésel o incluso biopetróleo.
Como el petróleo es en
esencia un biocombustible producido naturalmente, indicó Martínez Jiménez, la
tarea de los científicos es imitar a la naturaleza, pero tecnológicamente y no
en tiempos geológicos, sino inmediatos.
La ventaja es que los
bioenergéticos, en un balance global, no incrementan los gases de efecto
invernadero y son renovables, por lo que son ecológicos. “Si hace 100 años se
hubieran utilizado no estaríamos padeciendo los efectos del cambio climático”,
aseveró.
Con la biotecnología se
pueden obtener combustibles líquidos, gaseosos y en algunos casos sólidos; pero
también de sus derivados se fabrican diversos objetos.
Para sustituir los
polímeros actuales existe un producto derivado de una materia prima que se
denomina “lactato”, un ácido que se encuentra en el yogur y que llevaría a la
manufactura masiva de plásticos biodegradables.
De hecho, la UNAM ha
desarrollado procesos para obtener lactatos a partir de material biológico de
desecho y que son utilizados para crear diversos utensilios, como bolsas y reglas,
pero con la ventaja de que, al descomponerse rápidamente, no ensuciarán el
ambiente durante décadas, como sucede con los objetos elaborados a partir del
petróleo.
Éste proyecto se
denomina biorrefinería y es de suma importancia, pues fuentes de energía
alternas como la eólica, la solar o la hidráulica sólo producen electricidad,
pero con la biotecnología se obtienen los productos que remplazarán a los
petroquímicos, un aspecto que se ha descuidado y en el que la Universidad está
a la vanguardia internacional.
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Foto 01
Es importante el desarrollo de la
biotecnología, pues cuando las reservas de crudo se agoten, serán necesarios
métodos alternos de energía, señaló el investigador del IBt,
Foto 02
El Instituto de Biotecnología de la
UNAM desarrolló un método para producir energéticos como el etanol, imitando
los procesos de la naturaleza para descomponer materia vegetal.
Foto 03.
Con la biotecnología se pueden
obtener combustibles líquidos, gaseosos y, en algunos casos, sólidos.