Investigación

Un equipo de científicos de la Universidad de California en Los Angeles (UCLA, Estados Unidos) ha descrito el diseño genético de la cianobacteria Synechococcus elongates PCC 7942 para la transformación directa de dióxido de carbono en biocombustibles.

El organismo así creado tiene la capacidad de producir isobutanol (un biocombustible que tendría mejores propiedades que el etanol o el butanol) e isobutaraldehído (un precursor de la síntesis de otras sustancias químicas), directamente a partir de dióxido de carbono.

El proceso habitual de transformación de dióxido de carbono en biocombustible requiere biomasa vegetal; es decir, las plantas absorben dióxido de carbono para producir biomasa, y ésta se transforma en biocombustible.

La segunda parte (la transformación de la biomasa en biocombustible) suele consumir mucha energía y requiere materias primas adicionales, que encarecen el coste de la producción.

En el proceso directo descrito con la mediación del microorganismo diseñado, se elimina la producción y transformación de biomasa y el dióxido de carbono se convierte directamente en biocombustible. En consecuencia, el coste de producción se reduce de forma drástica.

El artículo firmado por John Sheehan en la web de Nature Biotechnology describe la estrategia utilizada por los científicos de UCLA (Shota Atsumi y sus colegas) para diseñar el organismo.

Se introduce la vía del isobutanol (en el microorganismo), al tiempo que se sobreexpresa una enzima clave en la vía fotosintética. La modificación genética se realizó por etapas. En la web Nature Biotechnology se puede acceder a datos del estudio realizado por Shota Atsumi y sus colegas, así como al artículo firmado por John Sheehan en la sección «News and Views» (véanse las direcciones de Internet arriba indicadas).

El pretratamiento suele ser el primer paso en la transformación de la biomasa lignocelulósica en etanol biocombustible (también conocido como «etanol celulósico»). Este paso suele utilizarse para liberar las moléculas de celulosa y hemicelulosa del apretado «envoltorio de lignina» de la biomasa y también para disgregar las moléculas liberadas de celulosa y hemicelulosa en azúcares simples, que posteriormente son fermentados por bacterias o levaduras para obtener etanol.

Aunque la aplicación de ácidos diluidos o álcalis diluidos son tecnologías conocidas para el pretratamiento de biomasa lignocelulósica, recientemente se han descrito otras tecnologías (supuestamente más eficientes).

Entre estas recientes tecnologías están los pretratamientos de «explosión por vapor» y «explosión de fibras por amoniaco» (AFEX, por sus siglas en inglés).

En ambos procesos se aplica calor a la biomasa bajo presión (junto con vapor o amoniaco) para después liberar la presión de forma repentina, causando así la ruptura explosiva de las fibras de biomasa y disgregando las moléculas de celulosa y hemicelulosa en azúcares simples (glucosa y xilosa). Un equipo de científicos de la Universidad del Estado de Michigan (Estados Unidos) ha comparado los resultados de la AFEX y del tratamiento con ácidos diluidos en relación con la cantidad de azúcares liberados y la fermentabilidad de los hidrolizados resultantes para obtener etanol y ha observado que el pretratamiento AFEX mejora la fermentabilidad, pero requiere la adición complementaria de enzimas (xilanasa y celulasa). Por su parte, el tratamiento con ácidos diluidos no requiere suplementación enzimática, pero su fermentabilidad es menor. Los detalles del estudio se han publicado en la revista de acceso libre Biotechnology for Biofuels.

Materias primas

Un informe del Renewable Energy Group enumera las características de 36 materias primas biocombustibles diferentes y analiza propiedades importantes en el biodiésel correspondiente. El informe considera que este proyecto es «único porque abarca una gran variedad de materias primas, y todas ellas se han sometido a pretratamiento, esterificación y transesterificación con los mismos procedimientos y condiciones, lo cual permite realizar comparaciones uniformes de propiedades críticas del combustible».

Se evaluaron 36 materias primas en total, y 34 de ellas se transformaron en biocombustibles que se sometieron a análisis.

Las materias primas eran de muy diverso origen vegetal, animal y residual. Las materias primas se caracterizaron por su contenido de humedad, ácidos grasos libres, estabilidad a la oxidación e impurezas insolubles.

El análisis del combustible incluyó parámetros como la densidad, la temperatura de inflamación, la composición de los ácidos grasos libres, la estabilidad a la oxidación y las propiedades de fluencia en frío. El informe presenta, entre otras, las siguientes conclusiones (resumidas en la web thebioenergysite):

1. «los aceites de coco y babassu son materias primas con un alto contenido en ácidos grasos saturados que las hace especialmente estables a la oxidación», 
2. «la humedad fue un componente menor en todas las materias primas analizadas, pero puede reaccionar con el catalizador durante la transesterificación, y ello puede dar lugar a la formación de jabón y emulsiones», 
3. «cinco muestras de biodiésel de ricino, Lesquerella, nim, tung y grasa aviar no pasaron la especificación de 360 segundos de la norma ASTM de filtrado en frío» El informe completo está accesible en la página web de Renewable Energy Group (véase la dirección de Internet arriba indicada).

Un equipo de expertos de la Fundación Cajamar y la empresa Almería Albaida Recursos Naturales y Medioambiente (España) están llevando a cabo estudios de viabilidad sobre la producción de bioetanol en suelos semiáridos utilizando la chumbera (Opuntia ficus indica) y el tabaco (Nicotiana glauca) como materias primas.

Se afirma que estas dos plantas «se adaptan perfectamente a condiciones de extrema escasez de agua y producen una biomasa de alto contenido energético para el proceso de fermentación de su materia orgánica».

Los suelos semiáridos son adecuados para plantar cultivos bioenergéticos porque normalmente no se utilizan para cultivos alimentarios.

Se han puesto en marcha plantaciones experimentales de estos cultivos para la producción de bioetanol. El proyecto comprende «el ciclo completo del biocombustible», desde la producción del cultivo bioenergético hasta la transformación de la materia prima biomásica (producción de etanol) y, en última instancia, la aplicación del etanol biocombustible en la industria del automóvil.

En lugar de construir grandes destilerías, se opta por pequeñas plantas de destilación locales generalmente radicadas en zonas portuarias que reciben suministros desde zonas situadas a gran distancia.

Noticias y tendencias

Un informe preparado para la Alianza Global en favor de los Combustibles Renovables señala que «la producción mundial de biocombustibles de 2009 ha reducido las emisiones globales de GEI (gases de efecto invernadero) en 123,5 millones de toneladas».

Esto representa una reducción media del 57% en comparación con las emisiones que se habrían producido si se hubiera utilizado una cantidad equivalente de combustibles derivados del petróleo.

El informe también da una idea clara del efecto positivo que tienen los biocombustibles en la reducción global de las emisiones de gases de efecto invernadero. Entre otras, el informe presenta las siguientes conclusiones:

1. «La producción mundial de biocombustibles ha superado los 100.000 millones de litros anuales en 2009. Una vez contabilizado su contenido energético, esta producción sustituye a 1,15 millones de barriles de crudo al día, que generan unos 215 millones de toneladas de emisiones de GEI al año». 
2. Se calcula que la producción global de etanol de 73.700 millones de litros (en 2009) reducirá las emisiones de GEI en 87,6 millones de toneladas. 
3. La producción global de biodiésel de 16.400 millones de litros reducirá las emisiones de GEI en 35,9 millones de toneladas. En la web de la Alianza Global en favor de los Combustibles Renovables se han publicado detalles de este informe, así como la nota de prensa (véanse las direcciones de Internet arriba indicadas).

Una nota de prensa del Ministerio de Clima y Energía de Dinamarca (publicada en la página web de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2009) describe sus actividades para el cumplimiento de sus objetivos en el ámbito de las energías renovables.

Dinamarca presume de haber alcanzado un 17% de energías renovables en 2007 (es decir, el 17% de su consumo energético total es satisfecho por energías renovables).

Cerca del 30% del suministro eléctrico danés proviene de energías renovables y en concreto la energía eólica aporta un 20%.

Sin embargo, buena parte de la producción danesa de energías renovables corresponde a la combustión de biomasa, incluyendo residuos biodegradables.

«Combinada con la explotación eficaz del biocombustible en las centrales de cogeneración, que producen calor y electricidad con el mismo combustible, la biomasa satisface el 10% del consumo energético total de Dinamarca».

Dinamarca se ha marcado el objetivo de alcanzar un 30% de renovables en 2011, por encima del objetivo del 20% que se ha marcado la UE.