Nuevos avances en combustibles celulósicos hacen posible que en el futuro se puedan aprovechar los desperdicios vegetales para producir combustibles.
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La producción tradicional de alcohol como combustible mediante fermentación es algo bastante ruinoso, poco eficiente y desde luego bastante discutible desde el punto de vista medioambiental. Incluso para la destilación del mismo a partir de la disolución original se consume gran parte de la energía que proporciona.
El problema reside fundamentalmente en que las levaduras que producen el alcohol (etanol o bioetanol) solamente utilizan determinados azúcares para transformarlos en etanol. El resto de la materia vegetal simplemente se desperdicia.
Las fibras que utilizan las plantas como soporte estructural está hecha de celulosa. La mayor parte del material que compone las plantas es celulosa, es decir, largas cadenas de glucosa. Desde hace años se viene investigando en cómo descomponer estas cadenas en moléculas de azúcar elemental que puedan ser aprovechadas por las levaduras. De este modo todos los desperdicios vegetales se podrían transformar en biocombustibles e incluso se podría pensar en cultivos especiales para este fin. Se han producido diversos avances en este campo en los últimos años. Recientemente se han producido dos de ellos que parecen prometedores.
En el primer caso investigadores del Dartmouth’s Thayer School of Engineering han hecho un importante descubrimiento que nos acerca la meta ya mencionada. Se trata de una bacteria termófila modificada genéticamente que permite obtener bioetanol directamente de la celulosa de manera eficiente y barata.
Para la tarea de romper las largas cadenas de celulosa se suele emplear una enzima (celulasa), pero esta enzima es costosa de producir. Esta bacteria puede realizar la misma tarea de manera eficiente y barata sin necesidad de añadir enzimas.
Como este microorganismo prolifera a alta temperatura (50 grados centígrados) el proceso se puede realizar sin que estén presentes otros microorganismos que compitan o que estropeen el proceso, ya que éstos por encima de 37 grados generalmente no pueden sobrevivir bien. El microorganismo realiza el proceso dos veces y media más rápido que cuando en el laboratorio se utiliza celulasa y además no se producen ácidos orgánicos contaminantes como en otros procesos.
Como producto base se podría usar aserrín o virutas de la industria de la madera, restos vegetales de diversos cultivos, ramas de la limpia de bosques, etc. El etanol obtenido se puede emplear en motores de gasolina con algunas modificaciones, proporcionando un rendimiento aceptable.
El segundo proceso, descubierto por Mark Mascal y Edward Nikitin de UC Davis, consiste en la transformación de celulosa en azúcares más elementales de manera barata y sencilla sin necesidad de usar enzimas. El proceso, puramente químico y sin intervención microbiana, consiste en el añadido de un ácido fuerte. En lugar de producir después etanol mediante fermentación se pueden utilizar los compuestos obtenidos casi directamente como combustible. El proceso es escalable fácilmente a nivel industrial.
En otros procesos, incluso si toda la celulosa es transformada en glucosa mediante celulasa, la obtención de etanol por fermentación desperdicia un tercio del carbono en forma de dióxido de carbono (las levaduras tienen que vivir de algo). Por eso, estos químicos propugnan el uso de sistemas no mediados por fermentos biológicos para la tarea de obtener biocombustibles y así producirlos directamente. Evitando la fermentación se conseguiría aumentar el rendimiento del proceso.
Gracias a una hidrólisis en cadena pueden romper moléculas complejas de celulosa en moléculas más sencillas. Mezclan celulosa con cloruro de litio y un concentrado de ácido hidroclórico y lo calientan durante 30 horas. Luego extraen el producto de la reacción con un disolvente, obteniendo varios tipos de moléculas relacionadas con los furanos que podrían ser utilizados casi directamente como combustible. Al parecer lo importante es extraer el producto en el momento en que se forma y antes de que se degrade.
El principal compuesto obtenido: 5-(chloromethyl)furfural (o CMF) no es viable como combustible al contener cloro, pero los investigadores confían en eliminar el cloro de manera sencilla mediante un catalizador de paladio e hidrógeno.
El producto final contendría la misma energía química que la gasolina o gasóleo y tendría baja toxicidad. No obstante, quedan todavía numerosos problemas que resolver antes de producir este tipo de combustible a escala industrial, como el manejo de los ácidos o el precio del disolvente.
Este tipo de sistemas son vendidos como ecológicamente renovables por sus promotores. En teoría, como el carbono que se expulsa al quemar este etanol proviene del dióxido de carbono que las plantas tomaron de la atmósfera, no se incrementa el efecto invernadero con su quema. Pero el mundo consume mucho combustible, incluido el que se utiliza para los cultivos, y la fotosíntesis es muy poco eficiente.
Quizás como complemento energético estén bien. Si en lugar de tirar a la basura los desperdicios vegetales, como hacemos ahora, los aprovechamos algo ganaremos.
Fuentes y referencias:
Dartmouth College. [1]
Artículo en PNAS (resumen). [2]
Artículo sobre el tema (resumen). [3]
Artículo sobre el tema en Science (resumen). [4]
Nota de prensa en UCDavis. [5]
Artículo en PNAS (resumen). [2]
Foto: modelo de molécula de celulosa, Wikimedia Commons.