por Scott Lyon, Universidad de Princeton
Los investigadores de Princeton han desarrollado una nueva forma de producir combustible a partir de celulosa, el compuesto orgánico más abundante de la Tierra, que se encuentra en todas las células vegetales, acelerando un proceso químico notoriamente lento y, en algunos casos, duplicando los rendimientos de energía con respecto a métodos comparables.
Su plataforma utiliza una emulsión de celulosa desarrollada recientemente que facilita la metabolización del compuesto en otras sustancias químicas. Combinando esa emulsión con microbios diseñados y una herramienta genética basada en la luz, el equipo demostró que podían producir biocombustibles de forma más eficiente a partir de celulosa.
Un artículo publicado el 17 de julio en la revista Biotechnology for Biofuels demuestra el rendimiento de la plataforma tanto con etanol, el biocombustible líder en la actualidad , como con isobutanol, un biocombustible que mejora el etanol como reemplazo directo de la gasolina y también puede proporcionar la base para el combustible para aviones. En ambos casos, el nuevo método mejoró sustancialmente las velocidades de producción y los rendimientos en comparación con la celulosa sin tratar.
«El principal desafío es que la celulosa es muy difícil de procesar. Primero tiene que descomponerse en moléculas de azúcar individuales antes de que pueda convertirse en combustible», dijo Shannon Hoffman, estudiante de posgrado en ingeniería química y biológica y uno de los participantes del estudio. autores principales. «Nuestro artículo muestra una forma nueva y más eficaz de descomponer la celulosa para su uso en la producción de biocombustibles».
La biomasa celulósica se ha considerado durante mucho tiempo como un ingrediente clave para frenar las emisiones de gases de efecto invernadero , proporcionando la materia prima para un combustible de transporte renovable y de combustión limpia. El Departamento de Energía de EE. UU. Ha realizado una serie de estudios que muestran que al menos mil millones de toneladas de biomasa podrían recolectarse de manera sostenible cada año en los Estados Unidos sin interrumpir los bosques o la producción de alimentos para producir biocombustibles, principalmente a partir de celulosa. Pero los procesos actuales que convierten esa celulosa en azúcares simples para la producción de combustible se han enfrentado a desafíos económicos, debido en parte a las lentas tasas de conversión y las ineficiencias.
Este estudio muestra un nuevo enfoque. En lugar de comenzar con cristales de celulosa, el equipo comenzó con emulsiones de celulosa pretratada, desarrolladas recientemente en el Instituto de Tecnología Technion-Israel. La emulsión facilita que las enzimas rompan las cadenas de celulosa resistentes en moléculas de glucosa individuales y, al mismo tiempo, alimenten esa glucosa a la levadura modificada genéticamente para la fermentación. Y usando luz, el equipo controló la producción de levaduras, cambiando entre vías metabólicas para optimizar el producto deseado.
En la primera hora de digestión de la celulosa, su plataforma funcionó alrededor de 40 veces más rápido que la celulosa cristalina sin tratar . Con isobutanol, fue hasta cuatro veces más rápido en general y dos veces más productivo.
Si bien este estudio no aborda todos los impedimentos para la viabilidad comercial , los resultados demuestran una nueva dirección prometedora en la búsqueda para producir biocombustibles avanzados a partir de cultivos energéticos dedicados y residuos agrícolas, como el rastrojo que queda en un campo después de la cosecha.
«Si queremos alcanzar los objetivos del Acuerdo de París de mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 ° C, debemos alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. Incluso con tasas optimistas de electrificación de automóviles y camiones, existe una brecha para eliminar los combustibles fósiles del transporte en ese momento período «, dijo el investigador principal del estudio, José Avalos, profesor asistente de ingeniería química y biológica.y el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente. «Vamos a necesitar un combustible sostenible y con bajas emisiones de carbono para llenar ese vacío. Y luego, por supuesto, están los aviones, que no esperamos que podamos electrificar para el 2050. Así que vamos a necesitar biocombustibles sostenibles para el futuro previsible «.
