¿Butanol como combustible?
Diversos equipos de investigadores estudian las posibilidades del butanol como biocombustible.
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Varios grupos de investigadores estudian las posibilidades del butanol como combustible de origen biológico. Recordemos primero que el butanol es un hidrocarburo consistente en una cadena de cuatro átomos de carbono con una radial OH y el resto de las valencias cubiertas con átomos de hidrógeno. Este alcohol se puede usar como combustible tanto en motores de ciclo Otto como motores ciclo Diesel actuales sin muchas modificaciones.
No existen fuentes en la Naturaleza que produzcan butanol puro, pero éste se puede sintetizar a partir de otros compuestos. En teoría sería posible usar como fuente de esos compuestos cultivos de microorganismos, lo que haría que este combustible fuera renovable y supuestamente más ecológico que otros biocombustibles obtenidos a partir de cultivos como el maíz. Aunque la demanda de combustibles fósiles es tal que este tipo de biocombustible (u otros combustibles “verdes”) no la podrían cubrir por completo.
Desde hace un tiempo se viene añadiendo bioetanol procedente del maíz a las gasolinas, lo que hace que ésta contamine menos y se obtenga un combustible menos dependiente del petróleo. El butanol tiene varias ventajas frente al etanol, ya que libera más energía por unidad de masa y se puede añadir en mayor proporción a la gasolina. Además es menos corrosivo y se puede enviar a través de las conducciones existentes. Si se consigue producir butanol de forma económica se podría añadir a los combustibles actuales.
No existen fuentes en la Naturaleza que produzcan butanol puro, pero éste se puede sintetizar a partir de otros compuestos. En teoría sería posible usar como fuente de esos compuestos cultivos de microorganismos, lo que haría que este combustible fuera renovable y supuestamente más ecológico que otros biocombustibles obtenidos a partir de cultivos como el maíz. Aunque la demanda de combustibles fósiles es tal que este tipo de biocombustible (u otros combustibles “verdes”) no la podrían cubrir por completo.
Desde hace un tiempo se viene añadiendo bioetanol procedente del maíz a las gasolinas, lo que hace que ésta contamine menos y se obtenga un combustible menos dependiente del petróleo. El butanol tiene varias ventajas frente al etanol, ya que libera más energía por unidad de masa y se puede añadir en mayor proporción a la gasolina. Además es menos corrosivo y se puede enviar a través de las conducciones existentes. Si se consigue producir butanol de forma económica se podría añadir a los combustibles actuales.
El primero de los resultados que vamos a relatara aquí procede de la Universidad de Arkansas, en donde se ha desarrollado un método para convertir algas comunes en esta butanol.
Según Jamie Hestekin, líder del proyecto, el sistema de conversión que han desarrollado es eficiente y económico. Además la salud de ríos y lagos se beneficiaría indirectamente, por lo que sería más ecológico que otros biocombustibles.
Este grupo de investigadores hace crecer algas sobre unos contenedores alargados que se asemejan a abrevaderos que pueden estar hechos de casi cualquier material y por los cuales corre agua. Las algas sobreviven a base de nitrógeno, fósforo, dióxido de carbono y luz solar. Estos nutrientes proceden de las aguas de ricas en nitrógeno y fósforo (presumiblemente procedentes de las actividades agrícolas y por tanto son contaminantes en este contexto) de ríos o arroyos a las que aumentan su contenido de dióxido de carbono. La implantación a gran escala de este sistema tendría como beneficio colateral la limpieza de aguas y así se evitaría la eutrofización de las mismas y la existencia de las llamadas zonas muertas, regiones acuáticas en donde ya no queda ni oxígeno que permita la vida.
A los 5 u 8 días de empezar un ciclo los investigadores aspiran o rascan las superficies en donde han crecido las algas y recogen el producto obtenido. Este producto lo ponen a secar y lo muelen hasta obtener un polvo fino para así extraer los hidratos de carbono del interior de las células del alga. Estos carbohidratos están compuestos por azúcares y almidones. Al almidón se le trata con ácidos y calor para descomponerlo en azúcares simples.
A partir de los azúcares y usando un proceso de “fermentación” en dos pasos estos investigadores logran su objetivo. En el primer paso obtienen ácidos orgánicos de diversos tipos, como láctico, acético o butílico. En el segundo paso se centran en el ácido butírico y lo convierten en butanol.
Para separar el ácido butírico del resto usan un proceso denominado electrodeionización. Esta técnica, desarrollada por estos mismos investigadores, consiste en el uso de una membrana especial que separa rápida y eficientemente los ácidos gracias a una corriente eléctrica. Esta parte es clave para aislar el ácido butírico y que todo el proceso sea fácil y barato.
La ventaja de este sistema es que no hay demanda de algas en la industria alimenticia, a diferencia del maíz y otros cultivos. Además, con este sistema se pueden cultivar algas en casi cualquier lugar, no se requieren tractores o maquinaria pesada ni se ocupan tierras de cultivo.
Según Jamie Hestekin, líder del proyecto, el sistema de conversión que han desarrollado es eficiente y económico. Además la salud de ríos y lagos se beneficiaría indirectamente, por lo que sería más ecológico que otros biocombustibles.
Este grupo de investigadores hace crecer algas sobre unos contenedores alargados que se asemejan a abrevaderos que pueden estar hechos de casi cualquier material y por los cuales corre agua. Las algas sobreviven a base de nitrógeno, fósforo, dióxido de carbono y luz solar. Estos nutrientes proceden de las aguas de ricas en nitrógeno y fósforo (presumiblemente procedentes de las actividades agrícolas y por tanto son contaminantes en este contexto) de ríos o arroyos a las que aumentan su contenido de dióxido de carbono. La implantación a gran escala de este sistema tendría como beneficio colateral la limpieza de aguas y así se evitaría la eutrofización de las mismas y la existencia de las llamadas zonas muertas, regiones acuáticas en donde ya no queda ni oxígeno que permita la vida.
A los 5 u 8 días de empezar un ciclo los investigadores aspiran o rascan las superficies en donde han crecido las algas y recogen el producto obtenido. Este producto lo ponen a secar y lo muelen hasta obtener un polvo fino para así extraer los hidratos de carbono del interior de las células del alga. Estos carbohidratos están compuestos por azúcares y almidones. Al almidón se le trata con ácidos y calor para descomponerlo en azúcares simples.
A partir de los azúcares y usando un proceso de “fermentación” en dos pasos estos investigadores logran su objetivo. En el primer paso obtienen ácidos orgánicos de diversos tipos, como láctico, acético o butílico. En el segundo paso se centran en el ácido butírico y lo convierten en butanol.
Para separar el ácido butírico del resto usan un proceso denominado electrodeionización. Esta técnica, desarrollada por estos mismos investigadores, consiste en el uso de una membrana especial que separa rápida y eficientemente los ácidos gracias a una corriente eléctrica. Esta parte es clave para aislar el ácido butírico y que todo el proceso sea fácil y barato.
La ventaja de este sistema es que no hay demanda de algas en la industria alimenticia, a diferencia del maíz y otros cultivos. Además, con este sistema se pueden cultivar algas en casi cualquier lugar, no se requieren tractores o maquinaria pesada ni se ocupan tierras de cultivo.
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El segundo resultado proviene de la Universidad de Berkeley en donde se ha utilizado bacterias E. coli modificadas genéticamente para producir butanol.
Hasta ahora se había conseguido producir directamente butanol usando la bacteriaClostridium. Michelle Chang ha trasplantado los genes necesarios de Clostridium a E. coli para producir butanol de una manera mucho más eficiente. Estas bacterias modificadas producen 10 veces más butanol que otros microorganismos modificados, lo que les haría estar cerca del nivel necesario para la producción a gran escala y que el combustible obtenido tenga un precio competitivo.
Se ha propuesto a varias especies de Clostridium que producen butanol de manera natural como fuente de este sustituto de la gasolina. Algunos grupos de investigadores han intentado modificar estas bacterias para aumentar su producción de butanol y otros han tratado de trasplantar esta habilidad en otros microorganismos como las levaduras, ya que éstas son fáciles de cultivar a escala industrial. El otro microorganismo industrial propuesto es E. coli.
Clostridium usa un sistema de cinco enzimas para convertir moléculas comunes de acetil-coenzimaA en butanol. Los intentos previos de trasplantar este sistema completo a otros microorganismos no eran exitosos debido a que el butanol recién producido era reconvertido a sus precursores por enzimas nativas. Hasta ahora sólo se había conseguido una producción de medio gramo de butanol por litro, que está muy lejos de lo que se considera rentable.
Chang y sus colaboradores introdujeron el camino enzimatico de Clostridium en E. coli, pero reemplazaron dos enzimas nativas por otras de otros organismos cuya conversión de butanol a precursores fuera muy lenta para así evitar el problema. Esas “enzimas lentas” las encontraron en Treponema denticola y Ralstonia eutrophus. Así que las E. coli modificadas contienen genes de tres microorganismos además de los propios.
Con esto han conseguido un rendimiento de cinco gramos de butanol por litro, lo mismo que Clostridium nativo y un tercio del Clostridium manipulado genéticamente, pero 10 veces lo producido por otros microorganismos industriales.
Chang cree que el proceso podrá ser mejorado y que finalmente se pueda hacer una producción industrial con este sistema. Se muestra optimista al respecto y espera multiplicar la producción por dos o tres. También desea experimentar con levaduras usando estas mismas ideas.
Según Chang, si pudiéramos hacer que microorganismos modificados genéticamente pudieran convertir casi toda la materia orgánica que se les dé como comida en biocombustible se conseguiría un sistema de transporte con menos emisiones netas de dióxido de carbono, menos contaminante y en suma más ecológico.
Lo que Chang no menciona es cómo obtener la materia orgánica prima, porque E. colino es fotosintética.
Hasta ahora se había conseguido producir directamente butanol usando la bacteriaClostridium. Michelle Chang ha trasplantado los genes necesarios de Clostridium a E. coli para producir butanol de una manera mucho más eficiente. Estas bacterias modificadas producen 10 veces más butanol que otros microorganismos modificados, lo que les haría estar cerca del nivel necesario para la producción a gran escala y que el combustible obtenido tenga un precio competitivo.
Se ha propuesto a varias especies de Clostridium que producen butanol de manera natural como fuente de este sustituto de la gasolina. Algunos grupos de investigadores han intentado modificar estas bacterias para aumentar su producción de butanol y otros han tratado de trasplantar esta habilidad en otros microorganismos como las levaduras, ya que éstas son fáciles de cultivar a escala industrial. El otro microorganismo industrial propuesto es E. coli.
Clostridium usa un sistema de cinco enzimas para convertir moléculas comunes de acetil-coenzimaA en butanol. Los intentos previos de trasplantar este sistema completo a otros microorganismos no eran exitosos debido a que el butanol recién producido era reconvertido a sus precursores por enzimas nativas. Hasta ahora sólo se había conseguido una producción de medio gramo de butanol por litro, que está muy lejos de lo que se considera rentable.
Chang y sus colaboradores introdujeron el camino enzimatico de Clostridium en E. coli, pero reemplazaron dos enzimas nativas por otras de otros organismos cuya conversión de butanol a precursores fuera muy lenta para así evitar el problema. Esas “enzimas lentas” las encontraron en Treponema denticola y Ralstonia eutrophus. Así que las E. coli modificadas contienen genes de tres microorganismos además de los propios.
Con esto han conseguido un rendimiento de cinco gramos de butanol por litro, lo mismo que Clostridium nativo y un tercio del Clostridium manipulado genéticamente, pero 10 veces lo producido por otros microorganismos industriales.
Chang cree que el proceso podrá ser mejorado y que finalmente se pueda hacer una producción industrial con este sistema. Se muestra optimista al respecto y espera multiplicar la producción por dos o tres. También desea experimentar con levaduras usando estas mismas ideas.
Según Chang, si pudiéramos hacer que microorganismos modificados genéticamente pudieran convertir casi toda la materia orgánica que se les dé como comida en biocombustible se conseguiría un sistema de transporte con menos emisiones netas de dióxido de carbono, menos contaminante y en suma más ecológico.
Lo que Chang no menciona es cómo obtener la materia orgánica prima, porque E. colino es fotosintética.
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