Bio-sualiza los FLEX FUEL

Este adverticing de Ford Motors muestra a la popular Rana René (Kermit The Frog) "Muppet" de Plaza Sesamo presentando un auto híbrido, es decir que puede funcionar tanto con gasolina como electricidad para poder reducir la contaminación y aprovechar por medio de baterías el calor generado por la combustión y "reciclarlo" como energía motriz. Este modelo es una propuesta de vanguardia entre varias, para modificar los motores y los diseños de los autos, para hacerlos ecológicos. Otras propuestas como esta son los vehículos de hidrógeno y los tríbridos.

Pero la tendencia principal en vehículos parece apuntar hacia los llamados "Flex Fuel " o vehículos de combustible flexible, como un diseño automovilístico más rentable a corto plazo por favorecer a la industria ya creciente de feedstocks de biocombustibles. Estos autos tienen 2 motores, como su nombre lo indica " combustible flexible", uno para un tipo distinto de combustible: para gasolina sería uno y el otro para biocombustible (etanol) y pueden funcionar con cualquiera de los dos, así como con mezclas de ellos a cualquier proporción. El primer vehículo Flex fue un Volkswagen Gol construido en Brasil en el 2003, donde actualmente el 85% de vehículos vendidos anualmente son flex.

Otra prueba del incremento de esta tendencia flex en motores además de lo que sucede en Brasil, fue que en abril de este año la General Motors anunció la inversión de más de 890 millones de USD en la creación de un bloque de nueva generación de camiones y autos con una maquinaria más eficiente, basada en esta tecnología flex fuel para el uso de biocombustible E85.

A inicios del 2008 ellos ya habían emprendido una sociedad con 2 compañías biotecnológicas, Coskata y Mascoma, ambas especializadas en la conversión de biomasa en etanol usando microorganimos y bioreactores diseñados para la transformación a etanol de costo competitivo con la gasolina, considerándolo sin subsidiar, y con el cual poder hacer pruebas de rendimiento de motores en sus plantas.

Por otro lado, Ford tambien anunció que dejaría su proyecto de autos híbridos (a partir de electricidad) para concentrarse en la generación de autos flex a partir de etanol, por visualizar o "bio-sualizarlos" como una solución más clara y a corto plazo para cambiar el uso de combustible fósil por biocombustible.

Normalmente cualquier auto puede funcionar con una mezcla de etanol de un 10 a un 30 % con la gasolina. Pero para aumentar la proporción de etanol se necesitaría hacer algunas modificaciones al motor, como por ejemplo aumentar el tamaño de los carburadores y caudales, así como un sistema de arranque en frío para asegurar la suficiente vaporización por debajo de los 13ºC, maximizar la combustión y reducir al mínimo la no combustión de etanol no vaporizado. Al referirnos a estas adaptaciones ya estamos haciendo mención a lo que implica la tecnología Flex, que como explicaba al principio del post, no es otra cosa que motores adaptados al aprovechamiento de biocombustible al 100 % en el motor.

Si bien, de un E85 se obtendría menos millaje que un motor de gasolina tradicional, en lo que es gastos se daría un mayor ahorro por costar menos el etanol que la gasolina, así como favorecer a la independencia de combustible foráneo y cuidar el medio ambiente.

Incluso, una tendencia aún más interesante sería la de buscar generar motores híbridos duales, que funcionen con 2 motores, uno con biocombustible y otro con electricidad, favoreciendo aún más la disminución de gases tóxicos a la atmósfera...ahora,"Its easy being green", como decía la Rana Reneé...

Bio-sualiza las SUPER ENZIMAS

La reciente adquisión por parte de BP de la compañía Verenium por 98 millones de USD propietaria de tecnología de biocombustibles a partir de celulosa, aparentemente como una estrategia para mejorar su imagen de responsabilidad ambiental adquiriéndola, tras el derrame de petróleo que ocasionó recientemente en el golfo de México, me lleva a plantear el tema de los biocombustibles llamados de 2da generación, y para cuya producción se hace necesaria la aplicación de enzimas modificadas para funcionar a escala industrial.

Las plantas presentan fibras que la ayudan a tener soporte y protegen de parásitos y del medio ambiente. Estas fibras están conformadas por celulosa y hemicelulosa que son polisacáridos (conformados por unidades de azúcares) y lignina (un polímero muy resistente). Lo que se pretende es dejar de usar cultivos alimenticios (comodities) como el maíz o la soya para hacer biocombustibles (de 1era generación o agrocombustibles) que es negativo (ver mi post anterior al respecto) para pasar al uso sostenible de desechos de la industria agrícola (proceso que se llama "waste to fuels tecnology") transformando la celulosa y la lignina (en el caso de plantas con lignina modificada o "suavizada" por ingeniería genética) de esta biomasa residual, disgregándola en azúcares por medio de enzimas mejoradas (celulasas, hemicelulasas, por ejemplo, con actividad glicosil hidrolasa) para luego proceder a fermentarlas para generar etanol o biobutanol que servirían como combustible líquido.

Para ello se requiere de enzimas con alta estabilidad para funcionar a temperaturas mayores a los 100 grados (a mayor temperatura se da una cinética de reacción más rápida) y con una alta especifidad (a mayor especifidad se genera más producto por unidad de tiempo), así como un pH óptimo. Por dicho motivo las enzimas que se han ido estudiando para estos procesos provienen, por ejemplo, de bacterias hipertermófilas, así como de la flora intestinal de las termitas, especializadas en degradar madera y residuos vegetales. De todas formas, con el avance de la biología sintética, específicamente la metagenómica, se ha ido secuenciando los genes que expresan la actividad enzimática para desarrollar enzimas altamente eficientes a través de la computadora.

Las enzimas son proteínas que sirven como biocatalizadores para las reacciones metabólicas en los organismos vivos activándose al entrar en contacto con un sustrato (sitio activo), mostrando alta especifidad con éste y reduciendo la energía de activación (sin la cual la reacción se daría lentamente y simplemente no sería posible la vida en la naturaleza).

Si bien estas enzimas actuan a una escala celular, existen técnicas para escalar su función a niveles industriales; técnicas que compañías especializadas en diversos rubros (en el caso de bioenergía: Novozymes, Codexis, Dyadic, Genencor) están desarrollando a través de la optimización de los procesos.

Entre otros anuncios recientes sobre enzimas industriales diseñadas para producir biocombustibles, Novozymes ha presentado su enzima Cellic CTec2 para producir biocombustible a partir de residuos; Verenium, su Xilatina, para la degradación de xilosa comúnmente presente en cereales; y Genencor su Acellerasa DUET que aporta nutrientes a los microorganismos fermentadores y disminuye la carga química del proceso.

Lo que se bio-sualiza en este sentido es optimizar incluso el rendimiento de las enzimas integrando ambos procesos: el de la degradación de biomasa hasta glucosa con el de la fermentación de la glucosa hacia biocombustible líquido. Todo esto de la mano de microorganismos cuyas enzimas aisladas invitro y mejoradas con biotecnología para su escalamiento industrial y procesamiento permiten que de ser nuestros enemigos (destruyendo inmuebles, ropa y demás) se puedan volver nuestros aliados en el esfuerzo por generar energía limpia.

Bio-sualiza el SCALE UP comercial de microalgas

Escalar es el proceso por el cual se pasa de una etapa a escala de laboratorio (piloto) a una escala comercial. Este proceso es crítico al tratarse de microorganismos, ya que los factores dados en situaciones controladas a pequeña escala se ven digámoslo violentados al pasar a una escala macro en la cual el control de los parámetros se ve críticamente reducido.

Un escalamiento se da en sistemas diseñados para el cultivo microbiano, es decir, bio-reactores o "fotobioreactores" (en el caso de organismos fotosintéticos como las microalgas). Este escalamiento se da paralelamente de dos maneras según cómo se plantea en ingeniería de bioreactores: Un escalamiento de tipo geométrico (aumento de la altura del líquido, del diámetro del tanque, del impulsor, de la distancia desde el fondo hasta el impulsor, del ancho de los deflectores) y un escalamiento de tipo dinámico (velocidad del impulsor, agitación, movimiento del fluido, transferencia de masas y energía); los cuales son inversamente proporcionales entre sí, es decir que a mayor tamaño del reactor menor velocidad es requerida para optimizar las reacciones requeridas en éste y así poder mantener los costos al mínimo en término de gastos energéticos.

En la naciente industria de biocombustibles de tercera generación a partir de microalgas esta ingeniería es clave para poder hacer comercial toda la investigación realizada a partir de cepas en los laboratorios de las diferentes empresas visionarias o "bio" sionarias para la producción de biocombustible verde, así como de co-productos y sub-productos ("downstream"). Para ello muchos diseños han sido propuestos y patentados para las escalas tanto piloto como comercial, así como propuestas para optimizar la producción han sido hechas, como por ejemplo, planteando iniciar con fotobiorreactores cerrados para estabilizar el cultivo para luego pasar a pozas abiertas al alcanzar concentraciones altas que favorezcan la dilución en volúmenes grandes. Así mismo, microalgas para producir metabolitos de alta calidad (proteínas) para la industria nutracéutica se recomiendan ser mantenidos en sistemas cerrados. Sin embargo, la ingeniería genética promete crear especies resistentes para un escalamiento totalmente abierto y manteniendo la alta calidad y pureza de los microorganismos de interés en cultivos monoalgales.

Parámetros como la iluminación, la temperatura, la concentración de nutrientes (micro y macronutrientes y elementos traza), la aereación, juegan un papel fundamental para la viabilidad del sistema, y sin un esquema matemático del mismo, siguiendo los cambios en proporcionalidad y ordenando etapa por etapa las variaciones buscando valores óptimos en los rendimientos, sería una operación totalmente fuera de lugar. Por ello, experiencias en la escala de laboratorio generan una base de la cual poder aprovecharse para conocer la evolución metabólica de la microalga en estudio. Principalmente la iluminación es clave para sistemas fotosintéticos jugando con la intensidad luminosa (irradiancia) así como los colores de la onda para optimizar la fotosíntesis así como la síntesis de otros metabolitos útiles para la industria (como pigmentos, TAGs, proteínas, etc). Esto se hace a partir de fuentes de luz artificial como fluorescentes de luz blanca (que simula la luz natural), asi como con LEDs (que simulan diferentes longitudes de onda, desde infrarojo hasta ultravioleta, pasando por colores específicos de la onda luminosa, como azul o rojo).

Ya pasando a una escala comercial, tenemos las llamadas pozas abiertas en las cuales las microalgas son circuladas en medios que pueden contar con suplementación de aguas residuales para su tratamiento y aprovechamiento por parte de las microalgas. En el video a continuación se presenta un breve documental con imágenes de escalamiento comercial de microalgas para biocombustible por parte de la compañía de California SunEco, que afirman liderar propuestas de este tipo para producción masiva de combustible verde.

SunEco Energy Algae Biodiesel

Bio-sualizando a la NASA

La NASA inició a mediados del año pasado un proyecto asociada con Algae Systems LLC llamado "Sustainable Energy for Spaceship Earth" (Energía Sostenible para la nave espacial Tierra) que partió del laboratorio para luego ser realizado de manera piloto en una playa en las costas de Santa Cruz para poder cultivar microalgas con un sistema llamado OMEGA: "Offshore Membrane Enclosure For Growing Algae" de sus siglas en inglés (Membranas de alta mar aisladas para crecer algas). Con este sistema las algas son mantenidas suspendidas en bolsas plásticas flotantes en el océano con un suministro de agua residual. El objetivo es poder expandir su cultivo (escalarlas) ocupando el mayor espacio de mar posible y sin competir con tierras de cultivo.

Así mismo, el movimiento de las mareas las mantendría homogenizándose continuamente para optimizar su crecimiento y su temperatura estaría regulada por el mismo calor del oceáno. Por otro lado, las bolsas mantendrían el agua enriquecida pues al usarse membranas osmóticas filtrarían el agua de mar que ingresara al interior y la alta concentración de sales del exterior impediría que los nutrientes del agua residual se perdiesen. Incluso, si una tormenta o tsunami destruyera las bolsas, éstas se romperían obviamente pero sin contaminar, pues su contenido es microalga de alto contenido lipídico que sería degradado naturalmente. En ese sentido, también las bolsas serían biodegradables, pretendiéndose que sean de bioplástico a partir de microalgas inclusive.

La NASA, con alta experiencia en proyectos cuidadosamente armados y con un manejo extremo de recursos limitados (dado las misiones espaciales que maneja), bio-sualiza este proyecto en una escala planetaria con la certeza de que el biocombustible en base a microalgas es una de las mejores opciones para reemplazar el petróleo, y esperan poder tener el proyecto habilitado para que el cambio de matriz energética no sea tan brusco, contando con estas bolsas gigantescas o fotobiorreactores distribuidas en quizá todo el oceáno del planeta.

Con su socio estratégico así mismo plantean integrar esta producción en una tecnología de biorefinería, produciendo diesel y jetfuel, entre otros derivados.

Jonathan Trent, el científico que lidera el proyecto, nos recuerda una frase de Marshall Mc Luhan: "No somos pasajeros en la nave Tierra, somos tripulantes", y por ello nuestra responsabilidad es real en la dirección que tomemos con ella en el futuro próximo. Espera así mismo, que esta innovadora tecnología pueda ser aplicada por diversas compañías como un recurso que les traiga soluciones a sus necesidades para el escalamiento de microalgas para producir biocombustibles.

Bio-sualizando a Exxon (II)

Un adverticing reciente de Exxon sobre biocombustibles de microalgas... a un año aproximadamente de anunciar su alianza con Craig Venter y Sinthetic Genomics con un capital de 600 millones de USD... parecen seguir bio-sualizando en esta dirección.

Bio-sualizando a Repsol

Sumándose a la cruzada en investigación y desarrollo de biocombustibles 3G o basados en microalgas, que no compiten con el comoditie alimenticio ni usa tierras de cultivo, tenemos a la española REPSOL, que con estos videos (un breve documental sobre el proyecto y 2 versiones de un comercial de presentación) hace clara evidencia de andar bio-sualizando también en esta mira.

Bio-sualiza el Bioplástico (II)

Un documental dinámico y que no deja dudas sobre el plástico y el bioplástico:

Una aplicación muy importante de bioplástico a modo de bio-caucho implementada por GoodYear:

Bio-sualiza el Bioplástico

En un post anterior veíamos cómo Dow Chemical había formado un JV con Algenol para producir biocombustibles de algas a partir de CO2 contaminante, haciendo bio-CCS. Pues bien, el etanol producido en este proyecto vendría también previsto para hacer bioplásticos. En este caso tendríamos un co-producto cuya necesidad actualmente viene siendo para la humanidad tan vital como la de cambiar de matriz energética, ya que si este producto alternativo al plástico convencional se generara de forma eficiente, el proceso ayudaría a disminuir la contaminación no sólo de emisiones tóxicas reemplazando el petróleo fósil por el biocombustible producido, sino también reemplazando por un material biodegradable al principal residuo sólido del planeta: el plástico.

Muchas grandes compañías actualmente están apostando por la producción y distribución de bioplástico o plástico biodegradable. Entre otras tenemos a Braskem de Brasil generando a partir de caña de azúcar etanol que después se llevaría a polietileno, a Cereplast que está trabajando con microalgas, a Toyota, a Coca Cola, a Procter and Gamble, entre otras más, así como compañías de biotecnología más especializadas como Metabolix, Amyris o Genomatica.

Cabe aclarar que en términos generales tanto el plástico convencional como el bioplástico son biodegradables, más el plástico elaborado a partir de petróleo se degrada en cientos o miles de años. Así mismo, para el plástico derivado del petróleo existe la tecnología oxobiodegradable que se basa en aditivos especiales para que las cadenas de polímeros que lo conforman se degraden en unos 3-5 años y no en cientos o miles; más aún así continuaría siendo plástico sintético en partículas (osea deja residuos tóxicos)

Por otro lado, tenemos a los bioplásticos como biopolímeros compostables, es decir, que en un período de 90 días en unidades de compostaje industrial adecuadas serían totalmente degradados y usados como abono fértil. Estos términos vienen fundamentados por estándares certificados de biodegradación y compostabilidad (estándar europeo: EN13432 o EN 14995; estándar norteamericano: ASTM D 6400)

Se tienen 2 tipos de biopolímeros: Los que provienen de organismos vivos (carbohidratos de la celulosa y almidón, proteínas de la soya, poliésteres bacterianos) y los que provienen de recursos renovables (ácido láctico y triglicéridos que necesitan ser biopolimerizados)

Así mismo, existen 2 procesos usados actualmente para su producción, que son: la fermentación tanto láctica para hacer ácido poliláctico, como la de poliéster bacteriana; y la ingeniería genética, que usa una planta de genoma conocido, la arabidopsis thaliana, a la cual se le ha insertado genes de enzimas bacterianas que producen bioplástico.

La producción de bioplástico es una alternativa limpia que promete según algunos visionarios o bio-sionarios como el CEO de Cereplast o el de Metabolix, ser un negocio trillonario de acá a unos 5-10 años. Incluso elaborarlos a partir de microalgas favorecería a no competir con los comodities alimentarios, como ya se ha mencionado en otro post respecto al deficit alimentario generado por los agrocombustibles (en este caso serían agroplásticos).

Dejo algunos videos para introducir de manera más gráfica y sustanciosa este tema.

Bio-sualiza el concepto de BIO-REFINERÍA

A finales del año pasado se anunció el financiamiento de 600 millones de USD para crear 19 nuevos proyectos de biorefinerías en los EE.UU, con lo cual se biosualiza un futuro prometedor para este proyecto que conjuga una industria limpia y apuesta por integrar la produccion de biocombustibles con subproductos con valor agregado que hagan rentable reemplazar el petróleo por energía limpia.

Una biorefinería se puede entender como un análogo a la refinería de petróleo, pero en este caso, de naturaleza biológica, y por ende limpia, y se puede definir como una instalación que a través de procesos de separación biológicos (fermentaciones a través microorganismos), bioquímicos (enzimas), termoquímicos (pirólisis, gasificación: plataforma sinthetic gas SNG, gas to liquids GTL, biomass to liquids BTL), químicos, físicos, étc, busca transformar materia prima de bajo costo (biomasa) en un espectro de productos biobasados útiles con valor en la industria (de mayor a menor cotización: químicos para cosméticos, farmacia y suplementos alimenticios o nutraceúticos, pasando por bioplásticos, biopolímeros, hasta biocombustibles, biocrudo, etc). En este sentido, se estaría maximizando el valor derivado de la materia prima aprovechando las ventajas de los diferentes componentes y productos intermedios del proceso de biorefinación. El tipo de producto y su calidad dependerán especialmente de la fuente de la biomasa aprovechada, que de manera general se clasifica como de naturaleza seca, granos, de naturaleza humeda y azúcares.

Este concepto de biorefinería es un concepto que podría llamarse nuevo, aunque en cierta manera, porque a principios del siglo XX ya se venía desarrollando esta tecnología con miras a su aplicación energética, aunque después los combustibles fósiles lo acapararon todo y quedó en stand by. También en la industria de alimentos y agroindustrial se aplica este concepto pero en la línea del procesado de diversos insumos (biotecnología blanca).

Lo interesante del tema es que actualmente muchas grandes compañías de la industria de alimentos están empezando a integrar su negocio con la propuesta de generar energía limpia como valor agregado, como ADM, Bungee, Cargill; así como compañías y JV que se están formando para especializarse en esta cadena de producción y bio-cascada, así como en la ingeniería de bloques de construcción (moléculas con múltiples grupos funcionales que cuentan con el potencial para ser transformados en nuevas familias de moléculas útiles).

El énfasis principal estaría en usar estrategias y procesos innovadores que reduzcan los costos y optimicen recursos para producir etanol, 1,3 propanodiol, ácido poliláctico (bioplástico), isosorbida, y muchos otros químicos; estrategias del tipo de usar el glicerol crudo en lugar de azúcares como materia prima. Para ello se cuenta con elementos claves a considerar como son el considerar el tipo de materia, la tecnología para el procesamiento, el grado de desarrollo tecnológico y el principal producto intermedio de los procesos, así como contar con mapas teóricos adecuados de las rutas bioquímicas seguidas por los intermediarios y subproductos.

Algunas compañías especializadas en bioproductos:
Elevance Renewable Sciences: Ácido 9, decenoico y ésteres, ác C18 dicarboxílico y ésteres, oleofinas alfa e internas, oleoquímicos, biocombustibles de vanguardia.
Glycos Biotechnologies: Convertir glicerina cruda, ác grasos libres o de palma para destilado para producir etanol graduado, isopreno y acetona.
Roquette Freres y Bioamber: Ác succínico biobasado y sus derivados en su aplicación a 1. 4 butanodiol poliuretano (PU), resinas y biopolímeros como succinato de polibutileno.

Bio-sualiza a la RuBisCO: Santo Grial de la fotosíntesis

En enero de este año científicos alemanes del instituto Max Plank de bioquímica y del Centro Genético de la universidad Ludwig Maximilians de Munich, anunciaron haber reconstruido artificialmente en laboratorio la enzima clave de la fotosíntesis: La Rubilosa1,5 bifosfato carboxilasa oxidasa, mejor conocida como RuBisCO.

Considerada la madre de todos los retos actuales en miras a una mayor producción de alimento y combustible, tal vez sea ésta la clave, una proteína, para alcanzar la independencia energética del petróleo, y no el invertir en producción de tecnología que exacerbe el dilema de comida vs combustible, generando toneladas de biocombustible que abareten su costo pero que generen disparidad con el costo de los alimentos y la tenencia de tierras agrícolas.

La RuBisCO es la responsable de la fijación del CO2 atmosférico en el ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis) para generar biomasa gracias a la energía lumínica captada por la clorofila (fase luminosa). Esta enzima incluso es considerada la más importante del planeta porque todo el carbono orgánico presente en la biosfera en cierta manera es generado por ella a través de la fijación del CO2.

Como herramienta de secuestramiento de carbono y crecimiento de la planta (biomasa) es objeto de importantes estudios pues por un lado es la proteína más abundante del planeta, pero a la vez es lenta e ineficiente. Lenta porque sólo fija 3 moléculas de carbono por segundo e ineficiente o torpe porque confunde el O2 con el CO2, generando una pérdida en oportunidad de crecimiento para la planta y pérdida de carbono como fotorespiración. Esto parece deberse a que hace millones de años los primeros microorganismos fotosintéticos no tenían la presencia de O2 en altas concentraciones en la atmósfera primitiva como ahora, y aparentemente no fueron capaz de adaptarse luego al nuevo medio que presentó su acumulación progresiva.

Lo que se busca ahora es potenciar el rendimiento fotosintético acelerando la reacción e incrementando la eficiencia enzimática de la RuBisCO. Esto se pretende mejorando genéticamente a la enzima de modo que fije la mayor cantidad de CO2 posible y reaccione menos con el O2. El criterio para ello sería precisamente eliminar o disminuir el efecto de todos aquellos factores que propicien la fotorrespiración, proceso antagónico a la fotosíntesis, en el cual el O2 compite con el CO2 por el sitio activo de la enzima, como las altas temperaturas, alta intensidad luminosa, alta concentración de O2 y baja concentración de CO2.

Bio-sualizando las mareas rojas vs las MAREAS NEGRAS

El pasado 22 de abril, el mismo día que se celebraba el día de la Tierra en todo el mundo, el mundo recibía una terrible noticia: Se había detectado un enorme derrame de petróleo en las costas del Golfo de México. La empresa responsable es la petrolera más grande de la zona (que alberga muchas refinerías), British Petroleum, y a pesar de sus muchos esfuerzos por reparar la avería con tecnología robótica y convocando a los mejores ingenieros del mundo para resolver el problema, aún siguen fluyendo hasta el día de hoy aproximadamente 40 000 barriles al día aproximadamente. Como testigo en vivo de la imagen satélite liberada por la NASA al mes de haber ocurrido el derrame, tomada desde la Estación Espacial Internacional, el cosmonauta Oleg Kotov no pudo menos que exclamar con miedo que de verdad no se sentía bien al respecto...

El petróleo comenzó a derramarse en aguas del Golfo de México tras la explosión, el 20 de abril, de la plataforma marítima Deepwater Horizon, que causó la muerte de once trabajadores y se hundió frente a las costas del estado de Luisiana. Ahora la "marea negra" se halla rodeando sus playas y se sigue expandiendo, situación de verdadera emergencia ecológica que nos lleva reflexionar sobre las dramáticas consecuencias de los accidentes ocurridos en la extracción de petróleo, tema que no es novedad y que la historia a lo largo de las últimas décadas los registra como tristes sucesos pero sin develar aún una solución clara para que no vuelvan a ocurrir nunca más. Ahora BP deberá pagar una indemnización de 20 billones dólares para las zonas afectadas.

Creo que ante esta dramática situación el valor del uso de biocombustibles como respuesta y alternativa efectiva al combustible fósil se pone en vigencia, y se vuelve clara la necesidad de potenciarlos, para todos los que realmente bio-sualizamos las consecuencias de esta tragedia ecológica, urgiéndonos el deber de producirlos y usarlos para darle energía al mundo de una manera segura y limpia. La razón clave que fundamenta su uso en este sentido es su BIODEGRADABILIDAD.

La biodegradabilidad del petróleo fósil es mínima y requiere del uso de una biotecnología en base a microorganismos específicos que no garantizan una solución total al problema. Más bien el uso de biocombustibles, especialmente los combustibles a partir de microalgas, que no generan un desbalance de emisiones tóxicas en el proceso de producción, representarían por estos últimos una verdadera MAREA ROJA (haciendo alusión a los blooms algales conocidos bajo este nombre) que pintarían distinto el panorama en respuesta a estas MAREAS NEGRAS que contaminan nuestros mares y siguen tiñendo la historia de nuestra relación con nuestro hogar, el planeta Tierra, alterando negativamente nuestros ecosistemas, arriesgando nuestras vidas, así como la fauna y la flora, y trayendo graves pérdidas económicas también para todos los implicados.

Los biocombustibles, a diferencia de las resistentes cadenas aromáticas que conforman los hidrocarburos fósiles, presentan oxígeno en su composición, esto es lo que los hace biológicamente activos y fácil y rápidamente biodegradables; es decir que su origen vegetal inmediato los hace compatibles con la naturaleza haciendo que el impacto ambiental sea realmente mínimo, o aligerándolo, al trabajar con mezclas de petróleo con biocombustibles en ciertos porcentajes por lo menos.

Así mismo, mientras el gobierno de los EE.UU lucha contra las consecuencias de la extracción de petróleo y Obama enfrenta un reto considerable que parece sobrepasarlo en su gobierno, invirtiendo millones de USD en solucionarlo; su vecino país, el gobierno de Canadá ha entrado en el rubro de los biocombustibles con fuerza, recientemente invirtiendo biocombustibles a partir de microalgas marinas con una inversión estatal de 4.8 millones de USD. Alternativa inteligente ante los acontecimientos narrados, que busca dar soluciones a partir de los recursos renovables de los oceános, en lugar de contaminarlos, estrategia que podríamos denominar: MAREA ROJAS VS MAREAS NEGRAS.

Bio-sualiza a E Coli

La reciente noticia acerca del logro de Craig Venter acerca de la creación artificial del primer ser vivo sintético me llevan a examinar lo que se está haciendo con bacterias para producir biocombustibles, perfilándose éstas como un herramienta eficiente para poder sustituir el petróleo y producir energía limpia.

En el caso de las bacterias estos microorganismos por un lado son simples y su genómica y vías metábolicas (en algunas casos como en el E. Coli, conocidas muy bien) dan la posibilidad para la biotecnología, como por ejemplo con la inserción de ciertos genes para que se puedan sintetizar biocombustibles directamente (como etanol o biobutanol), ahorrando en procesos de extracción y de separación o purificación (downstream process).

Precisamente el E. Coli está siendo estudiado por LS9, una firma privada de California, liderada por Jay Keasling, por su habilidad por sintetizar ácidos grasos y por su flexibilidad para ser manipulado genéticamente. Así mismo, se busca que la bacteria pueda sintetizar enzimas que le ayuden a degradar la celulosa de biomasa obtenida de residuos vegetales, concretamente hemicelulosas, obteniendo por medio de ellas azúcares simples para ser fermentados y ser generadores de energía.

Esta aplicación se denomina biología sintética, y se ejecuta en este proyecto por ejemplo clonando genes de Clostridium stercorarium y de Bacteroides ovatus que ayudan en la degradación de celulosas en la digestión de los animales herbívoros e insertándolas en el genoma del E. Coli, que puede así degradar la celulosa y luego los azúcares simples obtenidos para transformarlos en combustibles.

Otras ventajas del E. Coli es que es un microorganismo de rápido crecimiento y de alta resistencia a condiciones adversas, lo cual lo perfilan más como ese sistema biológico de microrefinería indicado para obtener biocombustibles, así como otros productos.

Aún así el rendimiento debe ser mejorado de un 10 % actual a un 80-90 %, así como su escalamiento ha de hacerse viable para tanques de 100 000 lts. También ha de tenerse especial consideración en hacerle modificaciones para hacerle intolerable a vivir en condiciones naturales para no alterar el ecosistema.

Bio-sualiza a los Electro-Fuels

A finales del año pasado, el departamento de energía de los EEUU (DOE-ARPA-E) realizó el financiamiento con 106 millones de USD, de 37 proyectos para desarrollar tecnologías innovadoras para producir biocombustibles, 13 de los cuales son proyectos para la investigación de electro-fuels, biocombustibles producidos a partir de microorganismos en base no a energía solar sino energía eléctrica. La apuesta por la investigación de esta novedosa versión de biocombustibles se fundamenta en la afirmación de que la fotosíntesis es un proceso ineficiente, ya que los biocombustibles basados en ella (cultivos vegetales y algas) aprovechan menos del 1 % de luz solar para transformarla en energía. Los electrofuels, por otro lado, transformando co2 (así como agua y/o hidrógeno dependiendo de la ruta metabólica) por medio de electricidad, harían el proceso teóricamente hasta 10 veces más eficientemente.

Entre estos 13 proyectos encontramos como representantes a varias universidades y start-ups cuyos procesos con microorganismos tienen diferentes fuentes de electrones. Justamente, para que la propuesta sea viable esta electricidad se debe obtener de manera renovable, ya sea por medio de energía reciclada: energía eólica, solar (células fotovoltaicas), o por medio de la oxidación de metabolitos como iones metálicos y biolixiviación (biohidrometalurgia), lo cual a mi parecer hace complicada la propuesta. Las bacterias mejoradas genéticamente a través de ingeniería metabólica y biología sintética formarían gracias a la energía suministrada de manera renovable, compuestos orgánicos, llegando a productos finales como alcoholes (metano, butanol o iso-butanol, entre otros combustibles líquidos) o a precursores de biocombustible (isooctano, octanol, o biopetróleo que refinado daría lugar a gasolina).

Cabe destacar entre algunas de estas propuestas los trabajos con E coli modificado para obtener alcoholes a través de la modificación de su ruta de biosíntesis de aminoácidos de alta actividad; así como el trabajo del MIT (Massachusetts Institute of Technology) con una bacteria similar a la que produce la tuberculosis, una rhodococcus.

Como podemos bio-sualizar en este post confluye además un nuevo tema a ser tratado a continuación que es la producción de biocombustibles a partir de bacterias no fotosintéticas, rubro que ha sido trabajado por start ups especializados en procesos de fermentación de materia lignucelulósica principalmente. Ya mencionada la propuesta de la aplicación dela energía eléctrica para potenciar los rendimientos de producción de biomasa, corresponde abrir un nuevo post con una mención a su potencial como fuente de biocombustible y posibilidades de escalamiento.

Bio-sualiza la captura del carbono

El pasado 5 de marzo, UOP una compañía filial de Honeywell, gigante norteamericana proveedora de tecnología, firmó un acuerdo con el departamento de energía de los EEUU para probar un facilitie de producción de microalgas que demuestre una tecnología eficiente de "captura de CO2 del ambiente".

En lo que concierne a este tema, se puede decir que el CCS (Carbon Capture & Sequestration, de sus siglas en inglés) es una tecnología nueva que busca disminuir el calentamiento global capturando las emisiones nocivas de CO2 emitidas por diversas fuentes contaminantes como plantas industriales para de esta manera "secuestrarlas" del medio ambiente y almacenarlas fuera de la atmósfera, como por ejemplo, escondiéndolas en el subsuelo de la tierra.

Se sugiere también un CCS más amigable con el medio ambiente, que es sería entendido como un "bio-secuestramiento", implicando el uso de sistemas biológicos para la captura de CO2, y que vendría ligado con proyectos de geo-ingeniería (que no tienen nada que ver con las técnicas de extracción de petróleo) buscando dar una solución global al problema del cambio climático.

En ese sentido estaríamos hablando ya no de una simple "captura y almacenamiento", como inicialmente planteaba el CSS, sino se trataría finalmente de un verdadero reciclaje del CO2.

Me parece apropiado compartir un documental científico británico estrenado el año 2007 por la cadena BBC de Londres que se llamó "Cinco formas de salvar el planeta" (Five ways to save the world) y que explicaba 5 propuestas a escala global para enfrentar con tecnologías de vanguardia las amenazas del cambio climático, de manera especial eliminando el CO2. La cuarta de estas propuestas planteaba una macro-fertilización de los oceános con úrea para promover la formación de gigantescos blooms algales que podrían capturar violentamente el CO2 acumulado en la atmósfera para transformarlo en biomasa vía fotosíntesis. Si bien, la propuesta es interesante, plantea muchas dificultades en cuanto al manejo, por el hecho de tener que realizarse en zonas del oceáno con poca presencia de fitoplankton para no alterar el ecosistema, pero así mismo, en términos de optimización parece que el uso de pequeñas áreas en el mar serían más eficientes que bosques enteros en cuanto a la captura de CO2. Sería cosa que el Profesor Ian Jones de la Universidad de Sidney, analice mejor esta propuesta que menciona en el documental, propuesta anteriormente por el finado biólogo John Martin con sus estudios de fertilización férrica, entre otros más.

El mensaje de esta estrategia para "salvar el planeta" formando este gigantesco bloom artificial nos remite en cierta manera a lo que se proyecta hacer para la captura de CO2 a escala industrial al producir biocombustible, proteínas y bio-plásticos (biorefinería en general) a partir del cultivo de microalgas.

Esto deja claro que la propuesta del bio-CCS aplicada en estas compañías sería mucho más eficiente y responsable ambientalmente que simplemente esconderlo en el subsuelo, pasando a ser de un "secuestramiento" a un verdadero "reciclaje" de las emisiones de dióxido de carbono, solucionándose así un problema y aprovechando incluso de éste para generar productos útiles para el ser humano.

Las propuestas que vienen analizándose y desarrollándose en start-ups como Inventure Chemical, Seambiotic o Algenol, ésta última,compañía que pretende ser la mayor recicladora de CO2 del mundo convirtiendo una tonelada de éste en 60-70 galones de etanol, prometen darle un importante valor agregado al proceso de producción de algae fuels al hacer negativo el balance de carbono, es decir, disminuyendo la presencia de este gas de efecto invernadero en el ambiente y aminorando sus nocivos efectos. El CO2, según Algenol, puede ser capturado del ambiente o de plantas industriales y cementeras con un 90% de eficacia y transformado en un 50%, por medio de su tecnología. Y todo indica que lo demostraran en la práctica, pues a mediados del año pasado, firmaron un acuerdo con DOW Biochemicals para levantar una planta piloto de 50 millones de USD para la captura de CO2 para producir etanol con microalgas en una zona desértica en Texas.

Este tema nos lleva a bio-sualizar y concluir en términos de emisiones de CO2 que los biocombustibles de microalgas son respuesta para poder realizar un reciclaje eficiente de CO2 para salvar nuestro planeta del calentamiento global, proyecto vital que requiere de energía limpia y verdaderamente útil, de tecnologías que realmente nos salven de esta aparentemente silenciosa pero letal amenaza climática.

Bio-sualiza biocombustibles de microalgas

Algunos videos relacionados a biocombustibles a partir de microalgas.

Bio-sualizando a Indian Oil

Indian Oil, la petrolera estatal de la república de la India y la 18va compañía petrolera más grande del mundo, el pasado 16 de Octubre del 2009 firmó con PetroAlgae (PA LLC de Florida) un convenio (Memorandum Of Understanding) acordando que PetroAlgae cultive con bioreactores y coseche microalgas cultivadas en granjas de open ponds para producir biocombustibles.
Este acuerdo convierte a la corporación hindú en el quinto Big Oil en alinearse al procesamiento a escala industrial de algae fuels y en la primera compañía nacional en todo el mundo en hacerlo de manera oficial.

Así mismo, el anuncio es el primero en hacerse entre un Big Oil y una compañía que expresamente está enfocada en procesos de comercialización industrial como es PetroAlgae.

La primera fase del proyecto será construir un facility de prueba para ver qué método de producción de PetroAlgae es escalable. Una vez que éste sea aprobado, Indian Oil planea construir un facility de producción comercial que sea capaz de producir 200, 000 toneladas por año de biodiesel (60 Mgy). Ese facility producirá así mismo una proteína como co-producto del proceso que será vendida como feedstock para alimento de animales.

Esta negociación aporta a la mejora de la situación de India como productor de biocombustibles y lo acerca a su meta de rivalizar con Brazil en este negocio.

Recordando lo revisado, vemos que hasta el momento las alianzas hechas por Big Majors para algae fuels vienen siendo:

1. ExxonMobil – Synthetic Genomics
2. Shell – Cellana
3. BP – Martek
4. Chevron – Solazyme
5. Indian Oil – PetroAlgae

Todas estas alianzas buscan producir combustibles "drop-in" , es decir, que puedan remplazar a los combustibles fósiles, siendo transportados, almacenados, distribuidos y usados de la misma forma.

Así mismo, las técnicas que cada asociación ha optado por desarrollar intensifican el debate entre si se debe fermentar o usar energía luminosa para optimizar el cultivo de las algas.

La alianza entre Indian Oil y PetroAlgae le da un punto más a favor a los métodos fotosintéticos.

Bio-sualiza la fotosíntesis artificial

Recientes investigaciones e inversiones realizadas por la Fundación Científica Europea (ECF), así como por otro lado, por el Departamento de Energía de los EE.UU (DOE) que ha invertido 122 M de USD en un proyecto de investigación de 5 años, me hacen poner sobre el tapete el tema de la fotosíntesis artificial, propuesta que busca aprovechar de manera más eficiente que como lo hacen las plantas la energía solar para la generación de energía limpia, y que fue inicialmente planteada en la revista Science en 1922 por el químico italiano Giacomo Ciamician.

La fotosíntesis artificial tiene 2 acepciones: Es tanto el uso de la luz solar para convertir CO2 y agua en carbohidratos y O2 (proceso completo), así como la simple ruptura de la molécula del agua para producir H2 y O2. En este segundo caso, el H2 liberado tendría una aplicación como combustible, y a esto se le llama fotoelectrolisis. Ahora bien, si se aprovechara el CO2 para producir carbohidratos, el beneficio estaría no sólo en poder generar energía limpia sino también en aprovechar el CO2 contaminante en exceso en la atmósfera.

Para poder desarrollar artificialmente la fotosíntesis en sus 2 etapas se requiere poder imitar perfectamente las reacciones que aprovechan la luz solar para generar carbohidratos. Esto implica un sistema catalizador (Fotosistema II) que funcione como el complejo reductor del oxígeno y la imitación de las hidrogenasas que generan los carbohidratos a partir de la reducción del CO2. También habría que replicar la dinámica de la coenzima NADP+/ NADPH que transporta 1 protón y 2 electrones de manera cíclica. Todo esto debería suceder dentro de una estructura a manera de hoja artificial (que podría ser algún tipo de nanotubo).
Romper la molécula del agua requiere una energía aproximada de 2.5 voltios y para ello se requeriría de un catalizador que use la energía solar para romper el agua. Este puede ser manganeso, lo cual seria una aproximación biomimétrica, (porque éste está presente en el centro de reacción de los sistemas fotosintéticos naturales), o dióxido de titanio u óxido de cobalto, en otras propuestas.

Los principales retos de esta nueva tecnología están en que se necesita de catalizadores muy estables, de un sistema que alcance la exactitud de la geometría molecular que manejan las plantas, así como de la alta cinética de las reacciones, así como que la solución electrolítica sea de alta afinidad para con los protones liberados por la lisis de la molécula de agua. Esto nos lleva a bio-sualizar que probablemente en un futuro próximo, de reemplazar adecuadamente los engranajes que configuran la fotosíntesis de manera artificial (fotosistema II, clorofila y centro de reacción) las plantas se vean superadas por el ingenio humano para aprovechar la energía solar en provecho de nuestras necesidades.