Investigación

Científicos americanos han descubierto una técnica para la introducción de todo un «casete» de nuevos genes en una planta estructuralmente estable y funcional, a través de sus «minicromosomas de maíz» (MMC). Sus conclusiones se han publicado en la revista de acceso libre, PloS Genetics, accesible a través de la URL aquí indicada. Los MMC, que pueden considerarse como «cromosomas vegetales artificiales» o «cromosomas autónomos» se han construido a partir de «pequeños anillos de ADN vegetal natural, y pueden utilizarse para transportar muchos genes a la vez hasta plantas embrionarias» (web de Biopact). Una vez introducidos, se dice que los MMC se comportan como cromosomas normales, distintos y estructuralmente estables, con los genes expresados durante la duplicación de la planta y transmitidos por mitosis y meiosis. Por el contrario, los métodos tradicionales de creación de plantas transgénicas incorporan procedimientos que integran fragmentos de ADN en un cromosoma anfitrión. La catedrática de la Universidad de Chicago y coautora del informe, Daphne Preuss, afirma que la tecnología puede tener muchas aplicaciones útiles para la productividad agraria, incluida la producción de cultivos biocombustibles mejorados.

Para más información sobre cromosomas artificiales: http://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_chromosomes

Política y economía

De acuerdo con un nuevo estudio del Instituto de Madison Nelson de Estudios Medioambientales, Tailandia, Colombia y Uruguay podrían ser los principales productores mundiales de biodiésel en el futuro. Los investigadores del Instituto, Matt Johnston y Tracey Holloway, han clasificado 226 países según su potencial de fabricación de biodiésel en grandes volúmenes y a bajo coste, además de por otros factores, como la demanda local. El análisis sitúa entre los diez primeros a Estados Unidos (principal productor de soja del mundo), Brasil (que ya es uno de los primeros productores mundiales de biodiésel) y países europeos como los Países Bajos, Alemania, Bélgica y España.

De acuerdo con los investigadores, el auténtico objetivo del estudio era identificar a los países en desarrollo que ya exportan aceites vegetales, pero que quizá no se han planteado todavía producir biodiésel. Estos países podrían mejorar su balanza comercial con la exportación de biodiésel, un producto de alto valor, en lugar de aceite vegetal en bruto. También podrían utilizar los biocombustibles para satisfacer sus propias necesidades energéticas. Johnston y Holloway confían en que, al poner de relieve en qué países es probable que aumente la producción de biodiésel, su estudio ayude a la población a reconocer con antelación los problemas que conlleva la industria de los biocombustibles. Muchas instituciones, entre ellas la ONU, han expresado su preocupación por la tendencia a desviar el consumo de aceite vegetal de la alimentación a la producción de combustible, ya que sin duda es algo que afectará a los pobres del mundo.

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En un reciente informe del Consejo Mundial de la Energía titulado «Tecnologías y escenarios de transporte para 2050», se realizan algunos análisis y proyecciones tecnológicas relacionados con la energía sostenible. En el informe se afirma que los biocombustibles tienen el mayor potencial de reducción del consumo de combustibles fósiles, en torno al 90 %, basándose en la premisa de que la producción de biocombustibles es sostenible desde el punto de vista «económico, medioambiental y social». Especial mención merecen los combustibles de etanol celulósico y BTL (biomasa a líquido). Normalmente, los combustibles BTL se obtienen por medio de un proceso termoquímico en dos fases: primero se aplica un tratamiento termoquímico para gasificar la biomasa y obtener «gas de síntesis» (una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno) y después se somete este gas de síntesis a un proceso de conversión química para obtener una mezcla líquida de hidrocarburos («biocombustible sintético»). Se considera que los combustibles BTL tienen ciertas ventajas: (1) el combustible puede utilizarse tanto en los automóviles nuevos como en los ya existentes; (2) contribuyen de forma inmediata a reducir el consumo de petróleo; y (3) no están limitados por una necesidad de disponer de nuevas infraestructuras de transporte.

Procesos y producción

Genencor, filial de Danisco, una compañía multinacional de ingredientes alimentarios y productos de consumo, ha lanzado recientemente un preparado enzimático que se presenta como el primer producto enzimático comercial «específicamente desarrollado para el mercado del etanol celulósico». El producto, denominado "Accelerase[SUP]TM[SUP] 1000", se ha descrito como un complejo preparado enzimático que contiene una «potente combinación de enzimas que puede disgregar la biomasa lignocelulósica (que contiene celulosa y hemicelulosa) en azúcares simples para la fermentación de etanol. De acuerdo con la web de información del producto, este preparado enzimático (obtenido del Trichoderma reesei, un hongo modificado genéticamente) puede utilizarse con una gran variedad de materias primas lignocelulósicas pretratadas, como la caña de maíz, el bagazo de caña de azúcar y las astillas de madera. Se dice que este preparado tiene las siguientes actividades enzimáticas principales: endoglucanasa (que «corta» los polímeros celulósicos en fragmentos más pequeños que contienen unidades de glucosa) y beta-glucosidasa (que corta a su vez los fragmentos de glucosa-glucosa ?llamada «celobiosa»? en el monosacárido básico ?glucosa? para la fermentación del etanol). Para más información sobre este preparado enzimático comercial, véase la página web del producto antes citado.

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El alpechín es el líquido acuoso residual que se obtiene del proceso de elaboración del aceite de oliva y es altamente contaminante debido a su elevado contenido en materia orgánica. Por regla general, las aguas residuales con alto contenido en materia orgánica pueden someterse a tratamientos biológicos convencionales o utilizarse como materia prima de fermentación para obtener productos microbianos de valor añadido. Sin embargo, el alpechín también contiene elevadas concentraciones de compuestos fenólicos que inhiben la actividad microbiana, lo cual dificulta el tratamiento biológico o la fermentación microbiana.

Recientemente, científicos del Departamento de Biotecnología y Ciencias Biológicas de la Universidad de Hashemite (Jordania), han encontrado una manera de eliminar estos compuestos fenólicos inhibidores mediante tratamiento con el hongo Pleurotus sajorcaju. De este modo, el alpechín resulta más adecuado para el tratamiento microbiológico. En las mejores condiciones analizadas, se ha conseguido hasta un 68 % de reducción de los compuestos fenólicos. Los investigadores también han demostrado que, después del tratamiento fúngico, el alpechín puede utilizarse para la fermentación de etanol. A pesar de que el tratamiento no elimina todos los compuestos fenólicos, el alpechín es utilizado eficazmente por las levaduras para producir etanol con una concentración de 14,2 g/l en 48 horas. Los resultados han sido publicados en Internet (5 de octubre de 2007) por la American Chemical Society.

Materias primas

Un equipo científico del Instituto de Investigación Forestal de Taiwán (TFRI) y de la Universidad de Carolina del Norte en Estados Unidos ha logrado desarrollar un eucalipto modificado genéticamente con menor contenido de lignina y mayor capacidad de captación de dióxido de carbono de la atmósfera. El eucalipto es una especie arbórea de rápido crecimiento con una biomasa leñosa que puede utilizarse como materia prima para la producción de «etanol celulósico». Gracias a su menor contenido de lignina, se reduce la «barrera de lignina» que impide la accesibilidad de la celulosa para la fabricación del biocombustible. Esto se traduce en menores costes de pretratamiento de la biomasa antes de la fermentación del etanol.

Chen Zenn-zong, investigador del TFRI, señala que una reducción del 18% en el contenido de lignina daría lugar a un 4,5 % de incremento en el contenido de celulosa en la biomasa arbórea. Por lo tanto, además de reducir los costes de pretratamiento gracias al menor contenido de lignina, el consiguiente aumento de la producción de celulosa conllevaría un aumento de la producción de etanol por unidad de masa de materia prima. El grupo de investigación también ha aumentado la capacidad del árbol para absorber dióxido de carbono, que contribuye a la reducción de los gases de efecto invernadero. El eucalipto bajo en lignina puede considerarse una materia prima biocombustible de «tercera generación», ya que la modificación mejora los rendimientos de conversión de biocombustible. Por otra parte, debido a su capacidad de captación de carbono, también podría clasificarse como materia prima biocombustible de «cuarta generación».

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El maíz tropical podría ser el cultivo biocombustible definitivo en Estados Unidos, de acuerdo con los resultados preliminares de los estudios realizados por la Universidad de Illinois. Dado que no produce espigas, el maíz tropical requiere menos insumos, como el fertilizante nitrogenado. En comparación con otros cultivos biocombustibles, es más sencillo para los agricultores adoptar el cultivo del maíz tropical, ya que se puede rotar fácilmente con la soja y otros cultivos comerciales. Tampoco hace falta equipo adicional, ya que el maíz tropical se puede plantar, cultivar y cosechar utilizando el mismo equipo que ya tienen los agricultores. Por último, como el maíz tropical almacena la energía en forma de azúcares simples, requiere menos elaboración que el grano y la caña de maíz, el Panicum virgatum y otros cultivos biocombustibles.

Fred Below, director del estudio, afirma que el maíz tropical puede considerarse la «caña de azúcar del Medio Oeste», en lo que respecta a la producción de biocombustible. Explica que la caña de azúcar que se utiliza en Brasil para fabricar etanol es conveniente por la misma razón: produce mucho azúcar sin necesidad de aplicar gran cantidad de nitrógeno y este azúcar puede fermentarse para obtener alcohol con menor elaboración de la que requieren los cultivos con alto contenido en almidón y celulosa.

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Brasil será el emplazamiento de una de las primeras centrales eléctricas del mundo «alimentada con hierba». Sykue Bioenergia ha iniciado la construcción de una central termoquímica que produce electricidad por combustión de hierba. Está previsto que entre en funcionamiento en diciembre de 2008. Por otra parte, científicos brasileños han descubierto que el pasto elefante (Pennisetum purpureum) tiene potencial como recurso de producción de energía y electricidad. Posee una elevada productividad de biomasa por su «vía de fijación eficiente C4» y por su importante balance energético neto de 25 a 1; es decir, la energía producida por el pasto elefante es 25 veces mayor que la energía de combustibles fósiles consumida en el proceso de producción. Por el contrario, según la página web de Biopact, el maíz tiene un balance energético neto de 1 a 1, mientras que el de la caña de azúcar es de 8 a 1.

Noticias y tendencias

La producción de biocombustibles está avanzando con tanta rapidez que últimamente se esta hablando de los «biocombustibles de cuarta generación». La web de Biopact describe las características principales de las diferentes generaciones de biocombustibles, que se distinguen unas de otras por lo siguiente: (1) la materia prima utilizada, y (2) la tecnología de proceso adoptada.

Los «biocombustibles de primera generación» utilizan materias primas de uso alimentario (como el maíz, la caña de azúcar o la soja) y tecnologías de proceso como la fermentación (para el etanol) y la transesterificación (para el biodiésel). Los «biocombustibles de segunda generación» se obtienen a partir de materias primas que no tienen usos alimentarios (el Panicum virgatum o el álamo) y semillas oleaginosas no comestibles (la jatrofa) por las vías convencionales antes mencionadas y por medio de procesos termoquímicos (para la producción de «biocombustibles sintéticos» líquidos). Los «biocombustibles de tercera generación» utilizan métodos de producción similares en cultivos bioenergéticos específicamente diseñados o «adaptados» (a menudo por medio de técnicas de biología molecular) para mejorar la conversión de biomasa a biocombustible. Un ejemplo es el desarrollo de los árboles «bajos en lignina», que reducen los costes de pretratamiento y mejoran la producción de etanol, o el maíz con celulasas integradas.

Los «biocombustibles de cuarta generación» simplemente llevan la tercera generación un paso más allá. La clave es la «captación y almacenamiento de carbono (CAC)», tanto a nivel de la materia prima como de la tecnología de proceso. La materia prima no sólo se adapta para mejorar la eficiencia de proceso, sino que se diseña para captar más dióxido de carbono, a medida que el cultivo crece. Los métodos de proceso (principalmente termoquímicos) también se combinan con tecnologías de «captación y almacenamiento de carbono» que encauza el dióxido de carbono generado a las formaciones geológicas (almacenamiento geológico, por ejemplo, en yacimientos petrolíferos agotados) o a través del almacenamiento en minerales (en forma de carbonatos). De esta manera, se cree que los biocombustibles de cuarta generación contribuyen más a reducir las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero), porque son más neutros o incluso negativos en carbono si se comparan con los biocombustibles de las otras generaciones. Los biocombustibles de cuarta generación encarnan el concepto de «bioenergía con almacenamiento de carbono».

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Una tecnología de extracción de aceite a partir de granos de destilería desecados (DDG) (inventada por una empresa estadounidense, GS Clean Tech) puede producir «dos combustibles a partir de un solo grano de maíz»: etanol y biodiésel. Un balance de materiales típico de la producción de etanol de maíz muestra que 10 kg de maíz producen unos 3,3 kg de etanol como producto principal y 3,3 kg de granos de destilería desecados (DDG) como subproducto. Los granos DDG se obtienen desecando el residuo líquido que queda tras la destilación del etanol a partir del caldo de fermentación. Actualmente, los DDG suelen utilizarse como pienso animal. Los DDG son residuos ricos en aceite que se puede extraer para obtener un producto de mayor valor añadido en forma de biodiésel. El sistema de extracción de maíz de GS Clean Tech, «pendiente de patente», puede extraer el 75 % del aceite que contienen los DDG. La empresa ha anunciado un acuerdo con la empresa Northeast Biofuels para «extraer unos 10 millones de galones anuales de aceite de maíz en bruto obtenido del coproducto de grano de destilería en la nueva fábrica de etanol de NEB, de 114 millones de galones anuales de capacidad». Está previsto que la fábrica comience a funcionar a finales de año. El biodiésel se obtiene del aceite extraido por la vía química, conocida como «transesterificación»; al aceite se le añade metanol (a menudo con un catalizador) y la reacción produce el biodiésel. En la página web del producto también se muestra una vía termoquímica para producir biodiésel directamente a partir de los DDG (por medio de la tecnología de biomasa a líquido, o BTL).