La producción de bioetanol es una solución alentadora para la crisis energética y ambiental. Algunos avances que podrían tener impacto local.

 

Por: Hugo Permingeat

Cuando se habla de energías alternativas, se hace referencia a las fuentes de energía que son diferentes de las clásicas o tradicionales, y que no implican la quema de combustibles fósiles como el carbón, el gas o el petróleo. En un sentido amplio, se trata de las fuentes de energía renovable.

En la actualidad, los combustibles fósiles enfrentan dos problemas: son recursos limitados y se prevé el agotamiento de las reservas en plazos más o menos cercanos (especialmente de petróleo). Por otra parte, la quema de estos combustibles libera grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, lo que refuerza el efecto invernadero y se constituye en la principal causa del calentamiento global.

Hasta hace poco tiempo, los combustibles (como el gasoil) eran considerados uno de los principales insumos de los sistemas de producción agrícolas. Hoy en día, también pueden ser considerados como productos del campo, como cuando se habla de biodiesel y bioetanol (biocombustibles). El biodiesel se obtiene de cultivos oleaginosos; mientras que el bioetanol, de la fermentación de biomasa que contiene azúcares fermentables libres o carbohidratos complejos que pueden convertirse en azúcares solubles para hacerlos fermentables.

Estas materias primas se pueden concentrar en tres grupos: azúcares (cultivos de azúcar y subproductos de las refinerías de azúcar: caña y remolacha azucarera), cultivos con almidón (maíz, sorgo) y la biomasa lignocelulósica. En el caso de los dos primeros (azúcares y cultivos de almidón), se habla de biocombustibles de primera generación. En el caso de la biomasa lignocelulósica, se refiere al bioetanol de segunda generación. Existe un particular interés en ésta última ya que se trata de una materia prima que no compite con la producción de alimentos.

La producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica a escala comercial todavía enfrenta ciertas barreras técnicas que no la hacen económicamente competitiva. Los principales cuellos de botella son la necesidad de un proceso de pretratamiento que consume energía, requiriendo una serie de pasos para la conversión global, una gran diversidad en la naturaleza y composición de la biomasa, y en la capacidad de los microorganismos naturales para fermentar los azúcares (Larrany col, 2015; Aditiya y col, 2016).

El bioetanol es un combustible líquido renovable y sostenible, y podría tener un futuro prometedor para hacer frente a la crisis energética global. En 2011, la producción mundial de bioetanol se declaró por encima de los 100.000 millones de litros y se esperaba que aumente hasta un 3-7% anual en el período 2012-2015, lo que demuestra que ya es visto como un sustituyente del combustible fósil (Zabed y col, 2016).

La industria del etanol basada en biomasa requiere un suministro continuo y confiable de materias primas para lograr una producción de bajo costo y con un mínimo uso de agua, fertilizantes y tierras cultivables.

En este aspecto, los cultivos energéticos se consideran como la fuente más prometedora de biomasa lignocelulósica. Los cultivos más comunes investigados para el bioetanol son: el miscanthus (Miscanthusspp.), el switchgrass (Panicumvirgatum,), el phalaris (Phalarisarundinacea), la caña de castilla (Arundodonax) y la alfalfa (Medicago sativa). En comparación con otras fuentes de biomasa lignocelulósica (como bosques y otros cultivos), los pastos perennes demostraron ser más prometedores. Esto se debe a que poseen una fotosíntesis muy eficiente, logrando una producción de biomasa dos veces superior cada año en las regiones cálidas y templadas (Aditiya y col, 2016).

La producción de bioetanol de segunda generación, reiteramos, es una solución alentadora para resolver la crisis energética y ambiental. La flexibilidad que ofrece -desde las diversas vías posibles de producción y las varias tecnologías de producción existentes-, respaldan estos aspectos (Aditiya y col, 2016).

La limitación de esta industria está en el contenido de lignina que acompaña a la biomasa y que ofrece un obstáculo a la eficiencia en la producción del biocombustible. Zabed y colaboradores (2016), describen y analizan una serie de procedimientos (mecánicos, físicos, químicos y biológicos) que, utilizados como pretratamientos de la biomasa, persiguen la degradación de la lignina para lograr una mayor eficiencia de los rendimientos en biocombustible.

Sin perjuicio de otros métodos, los pretratamientos biológicos están logrando una atención particular. Se identificaron diversos hongos y bacterias que pueden descomponer enzimáticamente la lignocelulosa en sus compuestos monoméricos y así usarlos como fuentes de carbono.

La investigación de estos organismos lignocelulolíticos demostró ser muy útil para obtener conocimientos primarios sobre los procesos de degradación y las enzimas microbianas claves. Sin embargo, ciertas limitaciones en los enfoques basados en sus cultivos sugieren que todavía es necesario entender la gama completa de mecanismos lignocelulolíticos (Batista-García y col, 2016).

Las nuevas tecnologías asociadas a la metagenómica hacen un importante aporte en este campo, al buscar identificar las enzimas más eficientes en la degradación de la biomasa para la posterior fermentación. En este contexto, Larran y col (2015) estudiaron la degradación de biomasa de un pastizal natural del norte de la provincia de Santa Fe, como son los espartillares. Spartina argentinensis es una hierba perenne natural con altas tasas fotosintéticas, bien adaptada a los suelos halo-hidromórficos.

Su calidad forrajera (palatabilidad y digestibilidad) para el ganado es bastante baja debido a su alto contenido de lignina. Por este motivo, los productores ganaderos suelen quemar dichos pastizales con el fin de estimular la aparición de nuevas hojas con mayor digestibilidad para la alimentación del ganado. En este trabajo, los autores evalúan diferentes pretratamientos (ácido fosfórico, enzimas ligninolíticos y sobrenadantes de hongos) destinados a eliminar la lignina y mejorar la eficiencia de la hidrólisis de la celulosa. Los resultados muestran que el pretratamiento con el sobrenadante de un hongo (Pycnoporus sanguineus), mejora la disponibilidad de carbohidratos fermentables, en comparación con un pretratamiento químico convencional.

Además, el 56,84% de celulosa puede hidrolizarse usando este pretratamiento. Si bien los cultivos alimentarios (como el maíz o la caña de azúcar) generalmente tienen un menor contenido de lignina -lo que aumenta el rendimiento de etanol-, se observan valores prometedores para los cultivos o pastizales (Miscanthus, switchgrass y Spartina) según se desprende de este trabajo.

El espartillar tiene un potencial significativo para el propósito previsto, con rendimientos que podrían alcanzar los 3900 L de etanol/ha (el valor equivalente para un cultivo consolidado como maíz sería alrededor de 3700 L/ha).  Además, con rendimientos similares de bioetanol, la espartina ofrece las ventajas adicionales de ser un pastizal no utilizado para la producción de alimentos, que no necesita una gestión agrícola intensiva como lo hace un cultivo bioenergético (es decir, no altera el uso de la tierra, sin costos para la siembra, fertilización, pulverización, etc.), y contribuye a un sistema de producción de biocombustible más sostenible.

Por último, una nueva industria de biocombustibles basada en esta materia prima ubicada en su área de crecimiento natural, podría afectar positivamente las condiciones sociales y económicas de la población rural. La generación de nuevas fuentes de empleo permitiría, en consecuencia, el desarrollo regional (Larran y col, 2015).

 

Referencias:

  • AditiyaHB,MahliaTMI, ChongWT, Nur H, SebayangAH. (2016). Second generation bioethanol production: A critical review. RenewableandSustainableEnergyReviews, 66: 631–
  • Batista-García RA, Sánchez-Carbente MR, Talia P, Jackson SA, O`Leary ND, Dobson ADW, Folch-Mallol JL. (2016). From lignocellulosic metagenomes to lignocellulolytic genes: trends, challenges and future prospects. Biofuels, Bioprod. Bioref, 10: 864–882.
  • Larran L, Jozami E, Vicario L, Feldman SR, Podestá FE and Permingeat HR. (2015). Evaluation of biological pretreatments to increase the efficiency of the saccharification process using Spartinaargentinensisas a biomass resource. Bioresource Technology, 194: 320–325.
  • ZabedH, SahuJN, Boyce AN, Faruq G. (2016). Fuel ethanol production from lignocellulosic biomass: An overview on feedstocks and technological approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66: 751–