updated 9:19 PM CET, Dec 8, 2016

Microbios mutantes desbloquean la energía de las algas marinas

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granja de algas marinas

Abre un enorme potencial de nuevas materias primas para biocombustibles limpios

Hay cuatro granjas piloto de algas marinas en la costa de Chile

Un nuevo y prometedor sistema puede convertir las algas marinas en biocombustible, abriendo una posible nueva fuente de energía que podría ayudar a reemplazar los combustibles fósiles, como la gasolina, informaron científicos ayer 19 de enero.

El secreto: bacterias modificadas genéticamente para romper un tipo de azúcar en las algas marinas que antes eran inaccesible, llamado alginato.

Los investigadores que desarrollaron este nuevo sistema lo utilizaron para generar etanol, un biocombustible que se agrega a la gasolina, sin embargo, no sólo tiene potencial para producir etanol, sino también otros biocombustibles.

BAL, algas para biocombustibles

El nuevo sistema es como una plataforma de Lego, dijo Yasuo Yoshikuni, investigador del estudio y director científico y cofundador de Bio Architecture Lab (BAL) en California. Con cambios de los componentes en el proceso, el mismo sistema basado en microbios podría ser utilizado para producir una variedad de productos, dijo Yoshikuni.

Por ejemplo, el sistema podría ser utilizado para convertir las algas en una fuente (también conocida como materia prima) de otros biocombustibles, que podrían incluir butanol - un alcohol, como el etanol, que se mezcla con gas - o productos químicos utilizados en el biodiesel, que tienen propiedades similares a los convencionales basadas en el petróleo diesel.

"Esto abre un enorme potencial de nuevas materias primas para biocombustibles", dijo Tom Richard, director del Institutes of Energy and the Environment de la Universidad Estatal de Pennsylvania.

Quedan dos preguntas, de acuerdo con Richard, quien no participó en el estudio, que se publica hoy 20 de enero en la revista Science: ¿Es económicamente factible el uso de algas para producir biocombustibles? Y ¿el medio es atractivo?

"No sabemos la respuesta a cualquiera de las preguntas, lo que demuestra este artículo es que es técnicamente posible, que es un gran primer paso", dijo Richard. "Y creo que en ambos casos hay motivo para pensar que es una buena oportunidad".

¿Por qué las algas?

alga marina marrónLas algas se unen ahora a las plantas - desde maíz a algas unicelulares - que ya ofrecen tentadoras alternativas a los combustibles fósiles como producción de energías renovables. En los Estados Unidos, el etanol hecho de maíz, se añade a la gasolina, en Brasil, los coches son alimentados en gran parte, a veces por completo, por el etanol hecho de caña de azúcar.

Pero la conversión de maíz y caña de azúcar en combustible puede ser problemático, ya que ambos son también cultivos para producir alimentos. Incluso otras fuentes de biocombustibles posibles, como el mijo, pueden competir por la tierra en un mundo cuya población está creciendo y que busca más recursos para la dieta.

"Este es uno de los grandes debates sobre los biocombustibles: ¿Hay suficiente tierra agrícola para producir los alimentos que requiere la sociedad y también producir cantidades significativas de biocombustibles?", dijo Richard.

Las algas marinas son diferentes, no compiten con la agricultura.

"Hay una gran cantidad de biomasa en el océano, y hasta ahora la gente en realidad no han encontrado la manera de explotarla de forma sustancial", dijo Chris Somerville, director del Instituto de Biociencias de la Energía, que no participó en el estudio.

Las algas - una fuente de nutrición relativamente sin explotar, particularmente en América del Norte - son altas en azúcares, que son precursores para la mayoría de los biocombustibles. Las algas también carecen de la lignina, un compuesto que hace rígidas las paredes celulares en las plantas de la tierra y que debe ser removido antes de que estas plantas puedan convertirse en combustible.

Aún así, hasta ahora, las algas parecen tener un potencial limitado como materia prima para biocombustibles, ya que uno de sus principales azúcares, el alginato, no puede dividirse con suficiente eficacia para producir biocombustibles a escala industrial.

algas marinas para biocombustible

El error

Pero los microbios marinos ya tienen ahora la posibilidad de romper el alginato, transportar los productos y metabolizarlos, ya que el equipo de Yoshikuni ha sido el primero en descubrir los detalles de cómo sucede esto. Entonces, diseñaron otro microbio, más usado por la industria, el E. coli, para hacer algo similar, produciendo etanol al final de un proceso de múltiples pasos. El último de los pasos podría ser sustituido para producir biocombustibles, o incluso productos químicos como plásticos y bloques de construcción de polímeros.

Este sistema también se aprovecha de otros azúcares presentes en las algas, manitol y glucano, ya que la E. coli, que ya poseía la habilidad para romper el manitol, y las enzimas comercialmente disponibles pueden romper glucano en una forma más accesible, la glucosa.

Este sistema podría ser utilizado en cualquier alga parda (hay también algas en verde y rojo). El equipo de Yoshikuni ha utilizado kombu, un kelpo utilizado en la cocina del este asiático.

El cultivo de algas a lo largo del tres por ciento de las costas del mundo, donde ya crecen algas, podría producir 60 millones de galones de etanol, de acuerdo con Dan Trunfio, director ejecutivo de BAL.

Richard y Somerville dijeron que la producción de etanol a partir de algas marinas que utilizan su sistema microbiano es probable que requiera más trabajo para convertirse en rentable a escala industrial.

granja de algas marinas

BAL, que está poniendo a prueba los métodos de cultivo en cuatro granjas piloto de algas marinas en la costa de Chile, está trabajando en la comercialización del proceso para producir etanol y productos químicos renovables, de acuerdo con Trunfio. Las ventajas de las algas son su alto contenido de azúcar y la falta de lignina, que las convierten en una fuente viable de biocombustible a partir de una perspectiva de costos, dijo.

De cara al futuro

También está la cuestión del medio ambiente.

Uno de los retos será probablemente la demanda de nutrientes por las algas, como nitrógeno y fósforo, que no son naturalmente abundantes en los océanos, dijo Somerville. "Y, en general no es conveniente fertilizar el océano", dijo.

Escurrimientos llenos de nutrientes crean zonas muertas, con bajo contenido de oxígeno, como ocurre en el Golfo de México, donde el río Mississippi deposita su carga de fertilizantes agrícolas.

Trunfio sostiene, sin embargo, la necesidad de crear una oportunidad para que las algas tengan sus nutrientes, teniendo en cuenta que las granjas de algas BAL se encuentran cerca de las granjas de salmón, por lo que las algas pueden utilizar los residuos del salmón como fertilizante.

En general, Somerville se mostró cauto sobre las implicaciones del nuevo sistema de microbios.

"¿Está todo hecho? No", dijo Somerville. "Es el comienzo de la apertura de una nueva área, que necesita mucha investigación adicional en términos generales para ver qué real es la oportunidad".

Artículo científico: An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae