(Facultad de Química / Instituto de Biotecnología)
Uso para obtener biocombustibles
La combinación de los pretratamientos anteriormente mencionados, permite producir jarabes de bagazo de agave, ricos en azúcares de cinco y seis carbonos, que pueden ser utilizados como materia prima en la producción de compuestos de interés y valor agregado.
Añadiendo algunos ingredientes extra, como nutrientes para bacterias o levaduras, se obtienen medios de cultivo adecuados para microorganismos productores de moléculas como el bioetanol, el biocombustible más ampliamente usado en el mundo, o el lactato, un precursor de polímeros plásticos biodegradables.
En el caso del bioetanol o etanol carburante, por ejemplo, por cada tonelada de bagazo de agave seco se pueden generar hasta 320 litros de etanol carburante, que alcanzan para oxigenar (agregar 10% en volumen) 3200 litros de gasolina, con lo que podría llenarse el tanque de 45 litros de 71 automóviles.
Por otra parte, además del bioetanol y el lactato, son varios los productos que se obtienen a partir del bagazo de agave tratado, ya sea por procesos biotecnológicos o químicos, debido a que todas las fracciones resultantes del pretratamiento del bagazo pueden ser aprovechadas para generar diversos compuestos de valor agregado en un concepto conocido como Biorefinería. De estas fracciones, la más recalcitrante, es decir, difícil de convertir en monómeros u otros compuestos, es la lignina, que por métodos químicos es trasformada en lignosulfonato de calcio, un material tensoactivo y quelante ampliamente usado en la industria cementera y que tiene alto valor agregado.
Asimismo, la celulosa es purificada y comercializada tal cual, sin necesidad de transformarla en otros productos ya que tiene alta demanda para la fabricación de papel, cartón, fibras y maderas artificiales.
Con respecto a la hemicelulosa, puede ser destinada a la producción de etanol y lactato, o de otros productos como el xilitol, un edulcorante bajo en calorías usado en la industria alimenticia, y los xilooligosacáridos, compuestos prebióticos estimulantes del crecimiento de bacterias y hongos benéficos para la salud intestinal.
Bacterias productoras de etanol
En el caso de los productos de la biorrefinería que se generan por métodos biotecnológicos como el etanol y el lactato ¿cómo pueden los microorganismos producirlos a partir de los medios tratados de bagazo de agave?
En el laboratorio de Ingeniería de Vías Metabólicas del Instituto de Biotecnología de la UNAM, genéticamente se han modificado bacteria mediante ingeniería metabólica, para convertirlas en productoras eficientes de diversas moléculas de interés.
Por medio de técnicas especializadas de biología molecular, los investigadores del laboratorio han logrado crear cepas que pueden producir etanol o lactato de manera eficiente con altos rendimientos y productividades, es decir obteniendo altas concentraciones a gran velocidad, a partir de hidrolizados de bagazo de agave y otros desechos agroindustriales como residuos de maderas, olote de maíz y bagazo de caña.
Estas bacterias consumen los azúcares de los jarabes del bagazo y los convierten en los compuestos deseados, tal como si fueran pequeñas fábricas biológicas a las que entran azúcares y sale etanol o lactato, en un proceso denominado fermentación. Sin embargo, hay otros aspectos a tener en cuenta cuando se trata del uso de microorganismos para producción, pues se trata de seres vivos que requieren de condiciones ambientales específicas para poder vivir. De ahí que, para llevar a cabo el proceso de fermentación, el hidrolizado de bagazo de agave y las bacterias modificadas deben ponerse en equipos especiales llamados fermentadores o biorreactores, que son sistemas donde se pueden controlar variables como la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto y la agitación, entre otras.
El control de estas variables en los bioprocesos permite que los microorganismos puedan realizar la fermentación de manera eficiente, más aún si se tiene en cuenta que éste es un proceso donde no solo la temperatura y pH son importantes para las bacterias, sino que el oxígeno presente debe ser muy poco o nulo para evitar la prevalencia de otras reacciones indeseadas diferentes al proceso fermentativo.
Luego de la fermentación del bagazo de agave con bacterias, los productos deben purificarse. En el caso del etanol, se debe separar del agua y demás remanentes del medio de cultivo. El método empleado para lograr este objetivo es la destilación, que se basa en la baja temperatura de ebullición del etanol con respecto a los otros componentes del medio, por lo que puede ser evaporado y posteriormente condensado para obtenerlo como un líquido puro.
Aunque una de las desventajas y, por tanto, mayores críticas que se han hecho al proceso, es la gran cantidad de agua que requiere para su realización. Este preciado recurso puede ser reutilizado varias veces disminuyendo en gran medida su impacto ambiental.
Luego de la destilación y la deshidratación, es decir, obtener el alcohol prácticamente al 100% sin agua, el etanol puro puede ser usado como oxigenante de la gasolina agregándolo a una concentración de 10 a 20% o incluso como biocombustible por sí mismo, usándolo en automotores acondicionados para funcionar con etanol únicamente.
La propuesta de la UNAM es que se deje de ver el bagazo de agave y otros subproductos de la agroindustria como desechos contaminantes, o de difícil confinamiento, y se reconozca el inmenso potencial que tienen como materias primas para la obtención de una gran variedad de productos valiosos en las Biorrefinerías.
Se espera que este concepto se nos haga cada vez más familiar y sea visto como el reemplazo de las refinerías tradicionales basadas en el petróleo, en refinerías sustentables y menos contaminantes, reduciendo sustancialmente la generación de gases de efecto invernadero.
Asimismo, es relevante reconocer el importante papel que las ciencias aplicadas en el campo de la biotecnología, la ingeniería química, la física, la biología y la agronomía cumplen en esta nueva revolución.
Referencias:
Facultad de Química/Instituto de Biotecnología. (28 de Abril de 2021). Ciencia UNAM. Obtenido de Bagazo de agave: de desecho agroindustrial a materia prima en las biorrefinerías: http://ciencia.unam.mx/leer/1112/bagazo-de-agave-de-desecho-agroindustrial-a-materia-prima-en-las-biorrefinerias-
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