Los biocombustibles son una parte importante de la estrategia más amplia para reemplazar la gasolina a base de petróleo, el diesel y los combustibles para aviones que usamos hoy en día.
por Emily Scott, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
Sin embargo, los biocombustibles hasta ahora no han alcanzado la paridad de costos con los combustibles de petróleo convencionales.
Una estrategia para hacer que los biocombustibles sean más competitivos es hacer que las plantas realicen parte del trabajo por sí mismas. Los científicos pueden diseñar plantas para producir valiosos compuestos químicos o bioproductos a medida que crecen. Luego, los bioproductos se pueden extraer de la planta y el material vegetal restante se puede convertir en combustible. Cuando se producen en la propia planta, los bioproductos pueden ayudar a reducir el costo del biocombustible resultante .
Pero una parte importante de esta estrategia no ha quedado clara: ¿qué cantidad de bioproducto en particular necesitarían las plantas para que el proceso sea económicamente factible?
Ahora los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y el Instituto de Bioenergía Conjunta (JBEI) del Departamento de Energía, administrado por Berkeley Lab, han proporcionado la primera definición de esta cantidad. Su estudio, dirigido conjuntamente por Corinne Scown y Patrick Shih, fue publicado recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Los investigadores primero reunieron información sobre un grupo de bioproductos bien estudiados que las plantas ya pueden producir de manera efectiva, desde sabores y fragancias hasta plásticos biodegradables. Hacer un bioproducto valioso ayudaría a compensar el costo de hacer biocombustibles y a hacer que todo el proceso sea más barato.
«Es una solución realmente elegante, poder diseñar una planta para acumular directamente un valioso bioproducto», dijo Scown, un investigador en JBEI y el Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab.
Luego diseñaron y simularon lo que se necesitaría para extraer estos bioproductos del material vegetal en el contexto de una biorrefinería de etanol. En este contexto, se extraerían valiosos bioproductos de la planta, mientras que el material vegetal restante se convertiría en etanol.
Esto les ayudó a responder dos preguntas importantes: qué cantidad de bioproducto necesita producir la planta para que el proceso de extracción valga la pena, y qué cantidad debe hacerse para alcanzar el precio objetivo de venta de etanol de $ 2.50 por galón.
Para su sorpresa, sus resultados mostraron que la cantidad que las plantas necesitan hacer es bastante factible. Por ejemplo, calcularon que cuando se acumula al 0.6% del peso seco de la biomasa, un compuesto como el limoneno, utilizado en sabor y fragancia, ofrecería beneficios económicos netos a las biorrefinerías. En otras palabras, si pueden cosechar 10 toneladas métricas secas de biomasa de sorgo de un acre de tierra, necesitan recuperar solo alrededor de 130 libras de limoneno de esa biomasa.
«Los investigadores de nuestra división de materias primas se sorprendieron por lo modestos que eran los niveles objetivo», dijo Scown. «Los niveles que necesitamos acumular en las plantas para compensar el costo de la recuperación de bioproductos y reducir el precio de los biocombustibles están al alcance».
Sus resultados muestran que esta estrategia para reducir el costo de los biocombustibles es factible, pero los científicos no deberían poner todos sus huevos en una sola canasta, porque el mercado para cada producto de alto valor es de tamaño limitado. Su análisis sugiere que solo cinco biorrefinerías a escala comercial podrían respaldar toda la demanda proyectada del mercado de limoneno para 2025. Scown dijo que los cultivos deben ser diseñados para producir una amplia gama de productos para garantizar que la industria esté diversificada y que el mercado no se inunde para ningún producto.
«Con los modelos tecnoeconómicos, esta investigación proporciona nuevos conocimientos sobre el papel de los bioproductos en la mejora de la economía de las biorefinerías», dijo Minliang Yang, investigador postdoctoral en JBEI y autor principal del estudio.
Scown dijo que el mayor impacto del documento es que ofrece la primera base cuantitativa para implementar realmente esta estrategia de ahorro de costos, proporcionando un punto de partida para los científicos que intentan diseñar o criar plantas que creen bioproductos por sí mismos y compensar el costo de haciendo biocombustibles como resultado.
«Creo que esta investigación es solo el primer paso para demostrar el potencial futuro de los cultivos de bioenergía de ingeniería», dijo Shih, Director de Diseño de Biosistemas de Plantas en JBEI. «Me imagino que nuestros hallazgos ayudarán a motivar los esfuerzos futuros para hacer que los biocombustibles sean económicamente viables».
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