Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Las algas, posibles próximas fuentes de biocombustibles

Las reservas de petróleo comienzan a declinar y su uso contribuye en más de un 30% al efecto invernadero. El consumo anual alcanza los ochocientos mil millones de barriles de petróleo. Crisis políticas, como la presente de Irán, agudizan el problema. Lo ideal sería encontrar alternativas energéticas más respetuosas con el medio ambiente y que permitiesen usar las infraestructuras existentes tales como los oleoductos. La obtención de combustible a partir de biomasa se presenta como una posibilidad atractiva y, en la actualidad, los cultivos de maíz y de caña de azúcar son los más extendidos. Pero la contraposición alimento-combustible está provocando un aumento de precios en los cereales, con todas las derivaciones que ello lleva consigo. Lo preferible sería partir de biomasas no comestibles y abundantes como son los materiales lignocelulósicos. Pero, hasta ahora, la biotecnología microbiana de fermentación no ha encontrado una buena solución práctica para conseguir la liberación de los azúcares simples a partir de esos materiales a fin de obtener por fermentación combustibles como etanol.

Las algas, posibles próximas fuentes de biocombustibles
Ilustración :: ÁLEX

ALGINATO
Las algas pueden ser una buena solución alternativa. Poseen un alto contenido en carbohidratos, transformables en sus azúcares o monosacáridos más sencillos, que son fermentables por las enzimas de microorganismos y pueden convertirse en etanol. Más aún, para hacerlo, usando métodos de acuicultura, no necesitarían ni de tierra para ser cosechadas ni de agua dulce para crecer y, además, como su cultivo consume grandes cantidades de CO2, ello contribuiría a luchar contra el efecto invernadero y el cambio climático.

El cultivo de las algas marrones ya se realiza en varios países, con una producción superior a a los quince millones de toneladas anuales, destinándose principalmente para alimentación animal y humana, fertilizantes agrícolas y fuentes de polímeros. Como las algas no contienen lignina la liberación de sus carbohidratos se realiza fácilmente, por ejemplo, por molido, sin necesidad de tratamientos drásticos y costosos. El 60% de la biomasa seca de las algas marrones está constituida por carbohidratos, un 50% de los cuales son alginatos. El Departamento de Energía de Estados Unidos calcula que en el cultivo de algas marrones se podrían obtener anualmente por hectárea unas cincuenta y nueve toneladas de peso seco de algas, y que su transformación sería capaz de producir diecinueve mil litros por hectárea y año de etanol, lo que duplicaría, aproximadamente, la productividad conseguida con el maíz o sería cinco veces la de caña de azúcar. Ello significaría que utilizando solo un 3% de las zonas de aguas marinas costeras se podrían producir algas suficientes para sustituir a más de 226.800 millones de litros de combustibles fósiles.  

Pero, hasta la fecha, el problema ha sido que las bacterias no metabolizan inmediatamente el componente principal del azúcar en las algas, el alginato, por lo que las soluciones propuestas para lograrlo son complejas y harían que los biocombustibles de origen marino fuesen demasiado caros para competir con  el petróleo. El alginato es un copolímero linear en el que se repiten dos ácidos urónicos y los procesos moleculares de su catabolismo en los seres vivos que lo realizan se está aclarando últimamente. Los otros azúcares más abundantes presentes en las algas marrones son el monosacárido manitol y el polisacárido glucano (un polímero de la glucosa).

INVESTIGACIÓN
Pero los científicos parecen haber alcanzado una solución. En concreto, tal como indican en una investigación recién publicada en la revista Science, los de la corporación privada Bio Architecture Lab (BAL), de Berkeley, California, fundada en el año 2008, con el propósito de producir combustibles y sustancias químicas a partir del cultivo de algas. Cuenta con socios como Statoil, la sociedad gasística noruega y con inversionistas como Aurus Bios, Austral Capital, Statoil Venture y X/Seed Capital, así como colaboraciones con DuPont, el programa ARPA del Departamento de Energía de Estados Unidos, la Agencia de Desarrollo Económico de Chile y la Universidad chilena de Lagos.

Aunque la mayoría de los estudios en laboratorio se realizan con algas microscópicas, debido a su menor complejidad estructural, mayor ritmo de crecimiento y alto contenido en aceite, la abundancia y disponibilidad real de las macroalgas marinas les proporciona un gran valor añadido. Por esta razón, para su investigación utilizaron macroalgas marrones de la especie kombu (Saccharina japonica), que es la más abundante y extendida en todo el mundo.

El trabajo biotecnológico ha sido complejo y brillante ya que se trataba no sólo de solucionar los problemas del catabolismo individual y combinado del manitol, el glucano y el alginato, sino también de su transporte y  translocación.  Para ello aprovecharon al material genético de la bacteria Vibrio splendidus 12B01, que posee más de una veintena de genes específicos adecuados que, tras su adecuado tratamiento, fueron introducidos mediante ingeniería genética en el genoma de bacterias E. coli, una bacteria muy común, generando un sistema que puede degradar, captar y metabolizar todos los carbohidratos, incluyendo al alginato, convirtiéndolos en piruvato.

LOGROS
Con este sistema los carbohidratos podrían producir y secretar piruvato (un compuesto de tres átomos de carbono), pero no etanol (de dos átomos de carbono). Por ello, para completar la plataforma biotecnológica los científicos del BAL incorporaron la colaboración de dos sistemas enzimáticos, piruvato descarboxilasa de la bacteria Zymomomas mobilis y alcohol deshidrogenasa B

Con ello consiguieron que el proceso, a partir de las algas, metabolizase el equivalente al 80% del rendimiento máximo teórico del azúcar contenido en las algas, utilizando un intervalo óptimo de temperatura entre 25ºC y 30ºC, obteniendo un rendimiento en etanol de 20 gramos por litro. Además, el 83% de la producción se alcanzó dentro de las primeras 48 horas de fermentación.

Indudablemente, todavía faltan mejoras en este desarrollo como indica el Dr. Yoshikuni, investigador principal del proyecto "Son necesarias innovaciones en las enzimas secretadas que digieren el azúcar, también en las proteínas de membrana que transportan los oligosacáridos y en los procesos metabólicos que fermentan los azúcares y los convierten en combustibles renovables y químicos”.

Pero todo ello piensan que podrá correr paralelo a la explotación comercial. BAL ya cuenta con cuatro instalaciones de cultivos de algas marrones en Chile y en julio iniciará otra instalación que servirá de planta piloto para el proceso a gran escala.

En resumen, otro paso más, de los muchos necesarios para que, desde diversas aproximaciones, se consiga el objetivo final de disminuir la dependencia de la humanidad respecto a los combustibles fósiles.

Más en:
http://www.sciencemag.org/content/335/6066/273.full.pdf