Investigadores experimentan con bacterias y microalgas para la producción de biocombustibles

Eva Aguilar/DICYT En la frenética carrera por obtener sustancias alternativas a los combustibles de origen fósil, grupos de investigadores de todo el mundo se han dado a la tarea de buscar fuentes que no provengan directamente de productos alimenticios, atendiendo a la controversia surgida en los últimos años en torno al uso del maíz y otros vegetales primarios en la dieta de millones de personas, para la generación de biocombustibles. Uno de esos grupos trabaja en el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (Baja California), donde dos investigadoras mexicanas lideran la lenta, aunque prometedora, búsqueda de sustancias con las que seguir impulsando las actividades humanas, a partir del uso de microalgas, bacterias y desechos orgánicos.

Mientras Pilar Sánchez investiga el potencial de las microalgas en la producción de biodiésel, bioetanol, biobutanol e hidrógeno, Idania Valdez utiliza consorcios anaerobios de microorganismos -bacterias, principalmente- para producir etanol e hidrógeno.

Sánchez lleva 20 años trabajando con microalgas e intentando sacar de ellas todo su potencial para distintas aplicaciones. Hace tres años ella y su grupo de trabajo decidieron aprovechar la eficiente capacidad de estos organismos de generar lípidos, para intentar obtener biocombustibles.

La investigadora explicó a DiCYT que las microalgas son organismos muy diversos en forma, tamaño, y capacidad de adaptación a distintos ambientes, por lo que algunas especies pueden modificar su metabolismo para "sobreproducir" algunos compuestos celulares. Según Sánchez, una de las ventajas de utilizar cultivos de microalgas de una determinada especie en condiciones controladas o semi controladas en el laboratorio, es que se puede obtener biomasa celular de una composición bioquímica similar, con lo que se garantiza la reproducción de los resultados una y otra vez.

De hecho, con algunas especies Sánchez está obteniendo hasta un 80% de peso seco en lípidos. “Prácticamente, estas microalgas son gotas de aceite”, dice. La investigadora señala además que una de las grandes ventajas del uso de cultivos de microalgas con respecto al uso de vegetales superiores (maíz, trigo, caña), es que en las microalgas los lípidos son sintetizados en toda la célula, en tanto que en plantas superiores sólo se producen en una parte de ésta, por lo que una gran cantidad de energía fisiológica se destina al mantenimiento de la planta y no a la síntesis del compuesto que los investigadores están buscando: lípidos, carbohidratos, pigmentos y vitaminas.

En grupo se trabaja mejor

Por su parte, Idania Valdez utiliza material orgánico de desecho, principalmente los residuos de maíz (tallos, hojas), que fermenta mediante el uso de consorcios microbianos. La ventaja de estos es que tienen una mayor capacidad metabólica, pues al haber varios microorganismos, éstos usan diferentes tipos de carbohidratos, y así es posible emplear diversos residuos orgánicos.

“La fermentación es un proceso de oxidación completo que ocurre en ausencia de oxígeno y cuyo producto final es un compuesto orgánico. Actualmente se pretende que la fermentación sea la vía por la cual se produzcan los alcoholes, pero también es un proceso que puede generar hidrógeno”, dice Valdez.

La investigadora señala que, en comparación con la fermentación que se hace utilizando un solo tipo de organismos (cultivos axénicos de levaduras o bacterias), se ha visto que en muchos casos el uso de grupos de microorganismos acelera la producción de hidrógeno.

Además, “estos grupos microbianos trabajan de manera conjunta e interdependiente, pues los productos de uno son la materia prima de los segundos. Con esto, al llevar a cabo la hidrólisis de la materia orgánica (su fermentación) y, al final, su mineralización a metano, se acumula hidrógeno en fase gaseosa, que es más valioso, ambientalmente hablando y como biocombustible, que el metano”, explica Valdez.

Del laboratorio a la producción masiva

Tanto la investigación del uso de microalgas como el de consorcios de bacterias para producir biocombustibles se encuentran en fase de experimentación en el laboratorio, sin que por el momento se haya encontrado una forma viable de llevarlos a una fase de producción masiva.

“La utilización de residuos lignocelulósicos (biomasa vegetal) no es tarea fácil; ya sea con cultivos axénicos o con consorcios microbianos, aún se encuentra en fase de investigación. En el caso de los primeros, el proceso es costoso, y en el caso de los consorcios microbianos influye la novedad del tema. Por ello, estamos estudiando algunas variables de operación que consideramos importantes para incrementar los rendimientos. Buscamos conseguir alianzas y/o apoyos para llevar esta investigación a fase semi-piloto en un futuro cercano para caracterizar y optimizar el sistema”, dijo Idania Valdez a DiCYT.

Si bien no se sabe el tiempo que puede llevar el que sus experimentos tengan una aplicación en el mercado, ambas investigadoras consideran que sus investigaciones siguen el camino correcto.

“La gran ventaja de utilizar microalgas es que son recursos renovables que tienen altas tasas de crecimiento y no son utilizadas para consumo humano directo. Por lo anterior, el uso de cultivos de microalgas para la producción de energéticos no compite con los costos económicos relacionados con los insumos alimenticios. Además, estos cultivos de microalgas pueden ser utilizados para obtener otros productos que pueden ser de uso alimenticio, farmacéutico o biotecnológico”, señala Pilar Sánchez.

“Efectivamente, consideramos controversial la utilización de tierras fértiles y agua potable para los cultivos energéticos”, agrega Valdez. “Nuestra visión es ayudar a nuestros campos agrícolas a ser más productivos, para la obtención de alimento y al mismo tiempo utilizar los residuos para la generación de bioenergía. Al utilizar estos residuos en un proceso fermentativo, podemos reincorporar el material gastado (fermentado) a los suelos agrícolas y conservar su fertilidad. Consideramos que es el sistema más sustentable”.