James Liao, ingeniero biomolecular de la Universidad de Califo ia en Los Ángeles, acaba de desarrollar dos vías para liberar al butanol de su dependencia de los cultivos alimentarios. Liao, con experiencia en procesos de comercialización de biocarburantes innovadores, ha demostrado que los microbios pueden producir el biocombustible avanzado directamente a partir de desechos agrícolas, así como de materias primas de proteínas como las algas.
La demostración de conversión directa de celulosa a butanol que ha hecho Liao podría reducir el coste de los biocombustibles de celulosa, que es actualmente prohibitivo. Su proceso basado en proteínas proporciona opciones de materias primas totalmente nuevas al campo de los biocombustibles.
Si bien son renovables, los biocombustibles se enfrentan a los ataques de activistas del medio ambiente y los alimentos, y el biobutanol no es una excepción: la primera generación de plantas de biobutanol en fase de desarrollo funcionará a base de azúcar y almidón a base de maíz. "El butanol posee algunas ventajas técnicas, pero el problema real es la cantidad de comida que se necesita para crear un galón de combustible", señala Jeremy Martin, científico senior de la Unión de Científicos Preocupados, un grupo de defensa con sede en Cambridge, Massachusetts, que forma parte de una amplia coalición que está presionando al Congreso para poner fin a los lucrativos créditos fiscales para el etanol de maíz.
Las innovaciones de Liao podrían poner fin a la asociación del biobutanol con el maíz—una asociación que, irónicamente, es en parte su responsabilidad. En 2008, Liao desarrolló una vía microbiana para convertir el azúcar en isobutanol, un isómero de butanol de alto octanaje. Esa innovación está siendo actualmente comercializada por Gevo, una startup con sede en Englewood, Colorado, de la que Liao es cofundador. Gevo recaudó 107 millones de dólares en una oferta pública inicial el mes pasado para apoyar sus planes de mode ización de las plantas de etanol de maíz, y con ello pasar a producir isobutanol en su lugar.
Los planes para un cambio a la producción de biocombustibles a partir de materias primas de biomasa tales como el pasto varilla, los tallos de maíz, y el bagazo de caña de azúcar (o residuos vegetales) están, por su parte, moviéndose lentamente, debido a sus mayores costes. La Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. obligó al uso de sólo 6,6 millones de galones de etanol celulósico este año—menos de un 3 por ciento del objetivo de 250 millones de galones fijados por el Congreso hace cuatro años. El retraso viene dado por los pasos de procesamiento necesarios para descomponer estas materias primas celulósicas y generar así los azúcares para la fermentación; el proceso aumenta los costes considerablemente, por lo que las instalaciones de producción son difíciles de financiar.
nEl proceso directo de celulosa a butanol, desarrollado en colaboración con investigadores del Oak Ridge National Laboratory, promete simplificar las cosas, mediante la ampliación de las capacidades de fermentación de los microbios. La clave fue la adición de la vía de azúcar-a-isobutanol de Liao a un microbio, el Clostridium cellulolyticum, al que le gusta masticar la biomasa, pero que no suele crear butanol. El microbio fue aislado originalmente a partir de la hierba de abono, y hace dos años, Instituto Compuesto de Genoma del Departamento de Energía de los EE.UU. completó una secuencia de su genoma.
El resultado de la ingeniería genética, publicado este mes en la revista Applied and Environmental Microbiology, es un solo organismo que toma la celulosa y produce isobutanol. Liao afirma que la tasa de salida y la conversión son bajas, pero explica que esta "prueba de principio" es probablemente la parte más complicada del proceso de desarrollo. "El resto es relativamente sencillo. No es trivial, pero sencillo. Se convierte en una cuestión de financiación y recursos", afirma Liao.
El siguiente paso es mover las modificaciones genéticas a una variante de más rápido crecimiento del Clostridium o algún otro microbio. Liao apuesta que la tecnología podría estar lista para la producción en tan sólo dos años.
Un bache que podría ralentizar las cosas es el litigio sobre derechos de uso de la tecnología de Liao. Gevo está siendo demandada por violación de patente por el competidor Butamax Advanced Biofuels, una unión entre BP y DuPont que, al igual que Gevo, tiene planes para convertir las plantas de etanol basado en maíz en isobutanol. Butamax alega que el uso de Gevo de la ingeniería genética para crear butanol viola una amplia patente que los EE.UU. emitió a Butamax en diciembre de 2010.
Otro obstáculo es la preocupación sobre el impacto ambiental del uso de biomasa pesada. En enero, la EPA emitió un borrador de informe al Congreso sobre los impactos ambientales de la producción de biocombustibles. El informe destacaba varios problemas relacionados con la producción de combustibles basados en biomasa. Señalaba que el uso de rastrojo de maíz (las hojas y tallos que quedan después de la cosecha) para producir combustibles, en lugar de arar los rastrojos de nuevo en tierras de cultivo, podría dar lugar a la degradación del suelo y ahogar los arroyos y ríos con mayores residuos. Los ecologistas han expresado su preocupación por el cultivo de tierras marginales que hayan sido reservadas para impulsar la diversidad biológica y proporcionar barreras de protección alrededor de cuerpos acuáticos.
La demostración de Liao de la E. coli modificada por ingeniería capaz de convertir la proteína en isobutanol también ofrece una alte ativa potencial a las materias primas de biomasa: algas fotosintéticas de crecimiento rápido. Los proyectos actuales de I+D para el desarrollo de biocombustibles a base de algas tratan de convertir las grasas producidas por algas, que representan aproximadamente una cuarta parte de la masa de algas. Las proteínas, por el contrario, constituyen aproximadamente las dos terceras partes.
Sería posible, asegura Liao, crear un sistema de producción de reciclaje en el que los microbios productores de isobutanol estuvieran sostenidos por la proteína de las algas, así como por residuos industriales de fermentación recuperados de las rondas previas de la producción de butanol. Al igual que las algas, los residuos de fermentación están compuestos en gran parte de proteínas.
"Estos resultados demuestran la factibilidad del uso de proteínas para las bio-refinerías", escribió Liao y el equipo de UCLA este mes en la revista Nature Biotechnology.
Liao señala que las biorrefinerías de isobutanol alimentadas con proteínas probablemente tarden de cinco a 10 años en crearse, así que es probable que lo primero en llegar sea el isobutanol celulósico. Reconoce que las materias primas a base de proteínas de algas podrían, al igual que la biomasa celulósica, resultar tener costes imprevistos. Sin embargo una cosa es cierta, sostiene Liao: "Son sin duda mucho más sostenibles que el petróleo, el carbón o el azúcar".