A medida que el cambio climático se intensifica, también lo hace la carrera por desarrollar combustibles alternativos no fósiles.
Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) están llevando esa búsqueda a un nuevo nivel, más allá del etanol basado en la calidad de los alimentos en el que se ha centrado durante mucho tiempo.
«[Nuestro] proyecto busca métodos potenciales para cerrar la brecha entre las instalaciones de producción de biocombustibles existentes y los biocombustibles de segunda generación», dijo Ryan Stoklosa , ingeniero químico de la unidad de Investigación de Biocombustibles y Coproductos Sostenibles del ARS en Wyndmoor, PA. «Esto incluye buscar formas de integrar materias primas celulósicas en las instalaciones existentes de etanol de maíz«.
Las materias primas celulósicas incluyen residuos de cultivos y madera de árboles, cultivos energéticos específicos (aquellos que no se cultivan para alimentación) y otros desechos. Cada uno contiene celulosa, hemicelulosa y lignina, las cuales desempeñan un papel en el proceso de conversión de biocombustibles.
Los investigadores también están encontrando formas de utilizar materias primas celulósicas que puedan convertirse en hidrocarburos para obtener combustible de aviación sostenible, así como cómo producir productos adicionales con valor añadido a partir de estas materias primas de “segunda generación”. Stoklosa dijo que los coproductos (bienes secundarios generados durante el proceso de fabricación que pueden venderse o reutilizarse de manera rentable) son particularmente importantes para muchos biocombustibles porque pueden proporcionar ingresos adicionales y disminuir el costo general de producción.
Las Naciones Unidas predicen que la población mundial aumentará a 9.700 millones de personas para 2050. Son muchas bocas que alimentar, por lo que es importante que los científicos creen más usos para productos agrícolas no alimentarios, como los tallos de maíz sin usar. El uso de tierras marginales también puede ser importante para cultivar cultivos dedicados a biocombustibles no alimentarios, afirmó Stoklosa.
Además, el equipo de investigación está investigando el potencial del cáñamo industrial como cultivo de biocombustibles. El cáñamo es un cultivo fibroso y constituye una buena materia prima para biocombustibles debido a su corto período de cultivo, sus altos rendimientos de biomasa vegetal, sus bajos requisitos de fertilizantes y agua y su alta capacidad de secuestro de carbono. «Nuestro grupo está investigando el cáñamo en múltiples frentes, incluyendo cómo responde al pretratamiento químico, recuperando azúcares para la fermentación para producir una plataforma química y caracterizando la lignina recuperada», dijo Stoklosa.
Las nuevas materias primas para biocombustibles no contienen azúcares que sean tan “fáciles” de convertir como el maíz, la soja, el sorgo y otros cultivos alimentarios. Más bien, los pastos, la paja, la pulpa de madera y otros materiales de segunda generación deben ser tratados previamente para recolectar el azúcar que está encerrado detrás de las rígidas paredes estructurales de las células vegetales.
Stoklosa explicó que la biomasa vegetal, ya sea un residuo agrícola, como los tallos después de la cosecha del maíz o la biomasa leñosa en forma de árboles, tiene estructuras físicas y químicas complejas en sus paredes celulares que le confieren integridad estructural. Cuando se exponen a varios métodos de pretratamiento, estos componentes se deconstruyen en unidades de azúcar individuales para la celulosa y hemicelulosa, o aromáticos para la lignina. Los azúcares liberados luego son fermentados por levaduras o bacterias hasta convertirse en un biocombustible real, como etanol, o en una sustancia química diferente que puede convertirse en combustible en un proceso posterior.
Incluso después de recuperar los azúcares necesarios para la fermentación de los biocombustibles, el equipo de Stoklosa no ha terminado con lo que queda de la materia prima. En algunos casos, el maíz se convierte en materiales de valor agregado, como granos de destilería para su uso como alimento para el ganado, o tallos de sorgo pulverizados (llamados bagazo) que se devuelven a los campos como enmienda del suelo o se convierten en briquetas de carbón. Otro uso es recuperar los azúcares del bagazo pretratado y realizar una fermentación con levadura para crear astaxantina, un antioxidante con pigmentación roja que se utiliza comúnmente para complementar la dieta del salmón de piscifactoría.
En otros casos, los coproductos de los biocombustibles se reutilizan dentro del sistema de bioprocesamiento.
«En un sentido amplio, los ‘coproductos’ son sustancias químicas adicionales que pueden generarse a partir de biomasa vegetal no utilizada o de desechos durante la producción de un biocombustible», dijo Stoklosa. Estos coproductos, al producirse internamente, pueden reducir el costo general de la producción de biocombustibles.
“Mejorar vidas es realmente el objetivo principal”, afirmó Stoklosa. «La producción de un combustible beneficioso para el medio ambiente que aporte mejoras económicas a la economía rural y amplíe las oportunidades de mercado para los productos agrícolas redundará en un beneficio general para el pueblo estadounidense». – por Scott Elliott , Oficina de Comunicaciones del ARS
