Los biocombustibles, como el bioetanol y el biodiésel, son desde hace ya varios años una de las alternativas a los combustibles derivados del petróleo, principales responsables de la emisión de gases de efecto invernadero.
Para dimensionar su impacto, un galón de biodiésel (es decir, unos 3,7 litros), reduce 10 kilos de CO₂, en comparación con el diésel.
Precisamente por esto es que la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (más conocida como FAO, por su nombre en inglés) estiman que para 2030 la producción mundial de biodiésel será de 50.000 millones de litros, casi un 40 % más de lo generado en 2021.
A pesar de los esfuerzos por revertir —o al menos frenar— el cambio climático, hay un problema: producir biocombustibles no es barato.
Investigando alternativas
Es así que investigadoras del área de Biotecnología, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad ORT Uruguay, está trabajando justamente en encontrar una solución para hacer que la obtención de biodiésel sea no solo más económicamente redituable, sino también más verde.
En este sentido, las claves están en el glicerol crudo, un subproducto que se genera inevitablemente a partir de la producción del biodiésel, y en la utilización de bacterias del género Gluconobacter (las cuales, en productos para el consumo humano, por ejemplo, se pueden encontrar en la kombucha, una bebida fermentada hecha con té, azúcar, bacterias y levaduras).
Contaminación asociada
Cada 10 kilos de biodiésel que se producen, se obtiene un kilo de glicerol crudo altamente contaminado.
Hoy en día, esto trae dos complicaciones, porque, por un lado, en caso de venderse, ese glicerol tiene un valor de mercado muy bajo, por lo que no es útil para aprovecharlo a nivel económico para bajar los costos de producción del biocombustible.
Por otra parte, si se opta por descartar ese glicerol, debido a estar altamente contaminado, afecta negativamente al ambiente.
“Con nuestro trabajo buscamos generar un concepto de biorrefinería para tomar ese residuo de la producción de biodiésel y convertirlo en otros productos de mayor valor agregado”, cuenta Magdalena Ripoll, graduada de la carrera Ingeniería en Biotecnología de ORT y una de las investigadoras en este proyecto, que comenzó en 2016.
Resultados logrados
De momento, han tenido éxito en obtener dos productos de gran valor a partir del trabajo que han llevado adelante con las bacterias del género Gluconobacter.
Un ejemplo es la dihidroxiacetona (DHA), un componente que se usa en el rubro de la dermocosmética para las cremas autobronceantes.
Otro producto es el ácido glicérico, una molécula quiral de alto valor en el mercado porque se produce solo en pequeñas cantidades y por sus potenciales funciones.
“Hay estudios que indican que puede ser usada para tratar los efectos del alcohol en el cuerpo. Otros, que puede ser protectora en algunas células de la piel”, explica Ripoll.
Aunque algunos trabajos anteriores ya habían explorado la obtención de DHA a partir de glicerol, estos hacían referencia a ese compuesto en estado puro.
La investigación de ORT, por su parte, es a partir de glicerol crudo. Esto es vital, porque, según Ripoll, en la industria la purificación de un compuesto puede llegar a influir en el 70 % del costo del proceso productivo.
Organismos clave
Ahora bien, ¿qué rol cumplen las bacterias?
Al ser acetobacterias, tienen como característica que en su membrana interna cuentan con enzimas que se encargan de oxidar azúcares y alcoholes para obtener energía, lo que permite obtener compuestos oxidados de valor agregado.
Es decir, las oxidaciones se dan en el periplasma —entre la membrana interna y la externa— y una vez que la bacteria tomó el sustrato del glicerol crudo, expulsa el producto (lo que las investigadoras quieren conseguir) hacia el medio de cultivo o de reacción.
“Lo positivo de esto es que no hay que romper la célula para obtener el producto que queremos, y eso nos facilita la purificación”, cuenta la científica.
Otra particularidad de esta investigación es que se realiza con las bacterias en estado de reposo. Generalmente, en la industria, la DHA se obtiene a partir de las Gluconobacter en crecimiento; es decir, producen el compuesto en un medio de cultivo complejo a la vez que tienen todo para multiplicarse y reproducirse, como extracto de levadura, peptona o sal.
“Nosotros buscamos una alternativa al hacerlo con células que no están en proceso de división, pero que están metabólicamente activas; o sea, que pueden catalizar reacciones de conversión”, indica Ripoll.
Estrategias científicas
El trabajo de las científicas de ORT, por lo tanto, consiste en:
- Hacer crecer las bacterias;
- Separarlas del medio de crecimiento;
- Resuspenderlas en agua y en glicerol crudo;
- Incubar las bacterias en un agitador con aireación y una determinada temperatura;
- Colocarlas en matraces o en reactores;
- Finalmente, obtener el producto de interés (DHA o ácido glicérico) en un medio de reacción constituido por agua.
Justamente, esto último es otro aporte nuevo de esta investigación: el uso del agua como medio.
Según explica Ripoll, esto hace que cuando se obtiene el compuesto de interés tras la oxidación realizada por la bacteria, sea mucho más sencillo de purificar que en un medio de cultivo complejo.
“Si bien el glicerol crudo ya tiene muchos contaminantes (como metanol, restos de grasa y ceniza), al usar agua evitamos la contaminación por componentes del medio de cultivo y metabolitos celulares que se obtienen durante el crecimiento de las bacterias”, aclara.
Técnica con potencial
Dado el potencial de esta técnica, el mismo equipo de ORT también la está probando para la industria alimenticia.
“Estamos tratando de valorizar los desechos del jugo de manzana”, dice Ripoll. A partir de los azúcares de estos desperdicios, se pueden obtener diversos compuestos de utilidad para otros rubros; un ejemplo es el sorbitol, el cual puede oxidarse a sorbosa, un precursor de la vitamina C.
Avances sobre esta investigación ya se han publicado en diferentes revistas internacionales, como Polymers, Green Chemistry, MicrobiologyOpen, Journal of Biotechnology y Advanced Functional Materials.
Además, en Biotechnology Advances y Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry figuran artículos relacionados con la investigación.
De este estudio también han participado integrantes de instituciones como la Universidad de Zaragoza (España); CIC biomaGUNE (España); Ikerbasque – Fundación Vasca para la Ciencia (España); la Universidad Autónoma de Nuevo León (México); University of Edinburgh (Reino Unido); University College London (Reino Unido); la Universidad Nacional de Quilmes (Argentina); y el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Argentina).