Ciencia Argentina , Argentina, Miércoles, 17 de febrero de 2016 a las 11:07

Biocombustibles: las ventajas del uso de microalgas

Científicos de PLAPIQUI investigan la optimización de procesos de producción de biocombustibles y biocompuestos de alto valor agregado

CONICET/DICYT En la actualidad, los biocombustibles representan alternativas para complementar los combustibles fósiles. Se obtienen a partir de una variedad de materias primas como granos, desechos de la agricultura y otros tipos de biomasa. Los biocombustibles proporcionan una fuente de energía renovable y producen menos emisiones de dióxido de carbono (CO2), uno de los principales gases de efecto invernadero, a la atmósfera.

 

María Soledad Díaz, investigadora principal del CONICET en la Planta Piloto de Ingeniería Química (PLAPIQUI, CONICET-UNS), donde dirige el Área de Bioprocesos, plantea estrategias de programación matemática avanzada para la producción sustentable de biocombustibles. “Hace unos diez años empezamos a enfocarnos a los bioprocesos, específicamente para la producción de biocombustibles y otros compuestos de interés. Desarrollamos desde modelos matemáticos para cada uno de los equipos y procesos en una biorrefinería hasta modelos intracelulares detallados de los microorganismos utilizados en la producción de biocombustibles. La idea es mejorar los rendimientos, minimizar el consumo energético y maximizar los beneficios. También desarrollamos modelos de cadena de suministro de biocombustibles”, asegura.

 

Díaz explica que uno de los principales ejes de investigación de su equipo es el estudio de los procesos de producción de etanol y biodiésel a partir de cianobacterias y microalgas, respectivamente. Ambas realizan fotosíntesis oxigénica, es decir captan CO2 de la atmósfera como sustrato y utilizan luz solar para producir compuestos orgánicos, liberando oxígeno al ambiente. Además, destaca que esto es interesante porque la producción de biocombustibles se podría acoplar a fuentes de emisión de dióxido de carbono de distintas industrias, ya que este da lugar al crecimiento de estos microorganismos sin requerir el uso de sustratos orgánicos que pueden competir con la alimentación como granos o caña de azúcar, entre otros.

 

“Trabajamos con una cepa de cianobacteria modificada genéticamente para producir etanol, desarrollada por un grupo de la Universidad de Sevilla, en España.


Nosotros modelamos su red metabólica, es decir todo el conjunto de reacciones que ocurren dentro del microorganismo. Después de hacer pruebas experimentales con el grupo de investigación español, desarrollamos y ajustamos un modelo integrado de la red metabólica a escala genómica y del fotobiorreactor donde se cultivan las cianobacterias, para establecer estrategias para mejorar el rendimiento en la producción de etanol”, detalla Díaz.

 

En este sentido, la ingeniera química explica que la idea es mejorar la producción de etanol no sólo modificando las condiciones en las que se realizan estos procesos biotecnológicos, sino también la configuración de la red metabólica en el transcurso de la fermentación. A los efectos prácticos, en esas cianobacterias modificadas los genes implicados en la producción de etanol se activan ante la presencia de cobre en el medio de cultivo. “Los modelos matemáticos desarrollados en el grupo permiten determinar, entre otras cosas, el momento óptimo para el agregado de cobre”, dice.

 

Los aceites que se extraen de algunas especies de microalgas se transesterifican para producir biodiesel, y en este proceso se obtiene glicerol como subproducto. Para agregarle valor a este último, se lo puede utilizar como materia prima para producir un biopolímero llamado polihidroxibutirato (PHB) que es apto para aplicaciones en el área médico-farmacéutica como filamentos de suturas, portadores de drogas y generación de soportes para el crecimiento celular. A su vez, la misma especie de microalgas produce un compuesto de alto valor económico llamado astaxantina que se usa como pigmento. La investigadora propone desarrollar modelos matemáticos de biorrefinerías integradas para reducir el elevado costo de producción de biodiésel acoplando la producción del biocombustible a la de estos dos productos de gran valor agregado.

 

“El rendimiento por hectárea de microalgas y cianobacterias es muy superior al de los cultivos tradicionales, por lo que podrían instalarse fotobioreactores o estanques en zonas marginales, no aptas para la agricultura. De todas maneras, tanto los microorganismos como los procesos deben mejorar su eficiencia para ser económicamente viables. Y en ese sentido, los modelos matemáticos pueden ser de gran utilidad”, afirma Díaz.

 

La investigadora explica que el grupo de investigación desarrolla también modelos de calidad de agua con el objetivo de restaurar cuerpos de agua dulce. En la ciudad de Bahía Blanca, el embalse que provee agua para consumo humano presenta proliferaciones recurrentes –blooms– de cianobacterias, que son potenciales productoras de toxinas. Los profesionales de PLAPIQUI trabajan en el modelado matemático de los procesos biogeoquímicos que ocurren en lagos y embalses para obtener, a lo largo de un determinando período de tiempo, los perfiles de las concentraciones de grupos de fitoplancton, zooplancton, peces y nutrientes en respuesta a las condiciones ambientales, con el fin de planificar y evaluar estrategias de restauración de la calidad del agua.

 

“El grupo de Bioprocesos trabaja en modelado matemático de procesos que involucran cianobacterias y microalgas. Por un lado, el objetivo es maximizar su crecimiento dentro de fotobiorreactores controlados para la producción de biocombustibles y productos de alto valor agregado con fines biotecnológicos. Por otra parte, la idea también es proponer estrategias de remediación de ambientes naturales, minimizando la proliferación de estos microorganismos fotosintéticos, potenciales productores de toxinas perjudiciales para la salud”, agrega Díaz. Asimismo, aclara que ellos también estudian, la posibilidad de producir etanol a partir de materiales lignocelulósicos, como desechos de la agricultura, ampliamente disponibles en el país.