Buscando el punto óptimo de los biocombustibles

La carretera Anhangüera de cuatro carriles conduce al noroeste de la capital financiera de Brasil, São Paulo, a algunas de las tierras agrícolas más productivas del mundo. La vista desde la ventana de un automóvil revela plantaciones de eucaliptos peludos y pastos de vacas plagados de termiteros. Los campos de caña de azúcar se pierden de vista sobre las colinas.

Gire a la derecha en el kilómetro 104.5 y entrará en Techno Park, un ordenado vecindario de investigación corporativa que parece haber sido arrancado de los suburbios de California. Y de alguna manera, lo ha hecho. En un edificio no lejos de la entrada hay filas de estaciones de trabajo perfectamente organizadas, tanques de fermentación relucientes y centrifugadoras ruidosas. Toda esta maquinaria es una réplica casi exacta del equipo en una instalación en Emeryville, CA. Incluso los percheros son los mismos.

Esta historia fue parte de nuestro número de marzo de 2010

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El edificio es el puesto de avanzada brasileño de Amyris Biotechnologies, un equipo de investigación estadounidense celebrado por su trabajo gracias a una subvención de la Fundación Bill y Melinda Gates para hacer que un fármaco escaso contra la malaria esté más disponible. Su fundador, Jay Keasling, es considerado un pionero de la biología sintética, y el proyecto contra la malaria, que podría salvar miles de vidas, ha aparecido en el New Yorker. En mayo pasado, Keasling recibió el primer Premio Humanitario Biotecnológico de la Organización de la Industria de Biotecnología.

Menos publicitado es que Amyris ha recaudado más de $ 170 millones en capital de riesgo para ingresar al negocio de los biocombustibles y que sus planes actuales requieren producir casi todo ese combustible en Brasil. Roel Collier, un belga que habla portugués con fluidez y dirige las operaciones de Amyris en Brasil, señala un tanque de acero de 12 metros de altura en el que levadura genéticamente modificada se deleita con el jugo de la caña de azúcar tan abundante en este país. En el interior hay tecnología estadounidense de vanguardia aplicada a la ventaja competitiva de Brasil, explica.

Durante los últimos dos años, las responsabilidades de Collier han incluido el envío de bidones de jugo de caña de azúcar brasileño congelado al laboratorio de Amyris en California, a unos 10.000 kilómetros de distancia. Allí, los científicos han estado reconectando genéticamente células de levadura ordinarias para digerir el caldo de cana, como se llama el jugo, y convertirlo en farneseno, un aceite fragante que Amyris ha demostrado que se puede convertir en combustible diesel. En el vertiginoso campo de la biología sintética, una disciplina que busca reescribir el ADN de los microorganismos como si fuera un código de computadora, los laboratorios de Amyris en California se consideran lo último en tecnología. Los investigadores crean y prueban decenas de miles de cepas de levadura modificadas cada semana. La empresa emplea casi tantos genetistas de levaduras con doctorado como todas las universidades de Brasil.

Materia prima: Una plantación de caña de azúcar cerca de la ciudad de Campinas. Cada acre produce suficiente jugo de caña de azúcar para producir 3.000 litros de etanol.

Pero Brasil ofrece a Amyris una ventaja crítica sobre los Estados Unidos: las condiciones económicas allí se prestan para explotar la tecnología comercialmente. Brasil es el productor de azúcar más eficiente del mundo. Grandes montículos se amontonan en las 420 refinerías de caña de azúcar del país. Con su clima tropical y su cultura empresarial agresiva, el país domina el comercio mundial de azúcar. Y enormes suministros de azúcar de bajo costo son la clave para hacer que la tecnología de Amyris sea práctica.

La razón para ir a Brasil fue bastante clara; es la fuente de azúcar más barata y más disponible para impulsar la plataforma tecnológica, dice Keasling, profesor de ingeniería bioquímica en la Universidad de California, Berkeley, quien también dirige el Joint BioEnergy Institute, un esfuerzo de $ 135 millones financiado por el Departamento de Estados Unidos de Energía para extraer azúcares de astillas de madera, pasto y otras materias vegetales económicas. En 10 a 15 años, su trabajo podría hacer que las moléculas de azúcar sean tan baratas de obtener en los EE. UU. Como lo son actualmente en Brasil. Sin embargo, por ahora, la industria de biocombustibles de EE. UU. Continúa produciendo etanol fermentando la glucosa en los granos de maíz. Y el maíz es una fuente de azúcar relativamente costosa, como ha descubierto para su angustia la industria estadounidense del etanol. A pesar de los subsidios de los contribuyentes, los fabricantes estadounidenses no han podido obtener ganancias consistentes.

La historia es diferente en Brasil, donde los ingenios de caña de azúcar han estado produciendo etanol de bajo costo desde que el gobierno lanzó un impulso por la independencia del combustible en la década de 1970. La flota de automóviles del país consume ahora más etanol que gasolina. Casi el 90 por ciento de los automóviles fabricados en Brasil pueden funcionar con biocombustible. La industria se ha dado cuenta de que la geografía es el destino, dice Mark Bunger, director de investigación de Lux Research, una firma de Nueva York que estudia la comercialización de tecnologías emergentes. En opinión de Bunger, solo unos pocos lugares del planeta tienen la lluvia, el sol y la masa de tierra necesaria para producir biocombustibles a una escala y un precio que pueden tener un impacto real. El entendimiento al que estamos llegando es que nunca sucederá en algunos lugares, dice, y Brasil es el primer lugar donde la economía tiene sentido.

Amyris llegó a una conclusión similar hace unos tres años, de ahí sus laboratorios de fermentación idénticos en Emeryville y Brasil. Los científicos de California manipulan la levadura para que convierta el azúcar en farneseno más rápidamente; luego, los insectos se envían por correo aéreo al sur para realizar pruebas en condiciones tropicales. Este año, Amyris planea comenzar la construcción de un imponente complejo de fermentación en el estado brasileño de Goiás. Cuando esté listo, debería poder producir 100 millones de litros de

combustible diesel verde cada año.

Al igual que el etanol, el combustible de Amyris se elaborará fermentando azúcar. Pero los científicos de la compañía han rediseñado la levadura para que los microbios la procesen en hidrocarburos combustibles en lugar de alcohol. Eso significa que la competencia por su combustible verde no es el etanol, sino el diésel elaborado a partir del petróleo y también los biodiésel elaborados a partir de aceite vegetal o grasa animal. Amyris dice que su combustible tiene una serie de ventajas sobre ambos. A diferencia de los combustibles fósiles, está elaborado a partir de una fuente renovable. También aporta menos gases de efecto invernadero a la atmósfera: la empresa calcula que su diésel de fabricación brasileña emitirá aproximadamente un 80 por ciento menos de gases de efecto invernadero que el diésel convencional. Y en comparación con otros biodiésel, su combustible a base de azúcar será más barato de fabricar y permitirá que los motores que lo utilizan funcionen mejor. El director ejecutivo de Amyris, un ex ejecutivo petrolero llamado John Melo, ha estado negociando con empresas que buscan un combustible ecológico, incluidas Federal Express, Virgin Atlantic y General Electric.

Fábrica de levadura: En las instalaciones de demostración de Amyris en Brasil, los hidrocarburos se producen en una torre de fermentación.

Para muchos biólogos sintéticos, el diesel es solo el comienzo. Creen que, en principio, pueden crear microorganismos para producir sustitutos de cualquier producto del petróleo. Pero existen enormes riesgos. Las cepas de levadura de Amyris han demostrado ser inesperadamente vulnerables. Y al igual que con otros procesos biotecnológicos que dependen de microorganismos vivos, nadie puede decir si la producción de diésel verde se puede escalar económicamente a partir de los lotes de 1.000 litros que se producen en la actualidad. Todos los pronósticos se basan en eficiencias de escala para procesos que nunca se han ejecutado a esas escalas, dice Noubar Afeyan, CEO de Flagship Ventures en Cambridge, MA, y cofundador de LS9, una startup competidora de biología sintética. Un gran desafío es que se necesitan cientos de millones de dólares para demostrarlo, incluso a mediana escala.

Hace nueve años, la tecnología de Amyris todavía era un proyecto de banco en el laboratorio de Keasling en Berkeley. Los investigadores habían estado buscando formas de persuadir a los microorganismos para que produzcan productos comercialmente útiles. Al agregar ADN de plantas y bacterias, el laboratorio de Keasling finalmente diseñó nuevas bacterias y células de levadura que podrían producir grandes cantidades de pirofosfato de isopentenilo. Con sus cinco átomos de carbono, la sustancia química es una especie de bloque Lego del mundo natural; a partir de él, las plantas y los animales construyen isoprenoides, miembros de una gran clase de moléculas que incluyen el taxol, un fármaco contra el cáncer, la vitamina E y aromas como los de la toronja y las feromonas de las cucarachas hembras.

Keasling sabía que la invención era valiosa y en 2001 presentó la primera solicitud de patente de su carrera. Queríamos aplicar las herramientas a un problema real, dice. La oportunidad llegó en 2004, cuando la Fundación Bill y Melinda Gates decidió donar 42,6 millones de dólares a un proyecto que fabricaría artemisinina, un fármaco antipalúdico, con la ayuda de microbios fabricados por encargo de Keasling.

La artemisinina se deriva actualmente de la planta de ajenjo dulce, que se cultiva principalmente en África y Asia. La oferta de la droga es inestable y los precios oscilan enormemente; llegaron a $ 1.100 el kilogramo en 2006. Al utilizar levadura modificada genéticamente para producirla a partir del azúcar, el enfoque de Keasling prometía resolver el problema de suministro y reducir drásticamente el precio. Con la posibilidad de salvar a miles, tal vez millones, de personas que de otro modo morirían de malaria, el proyecto se ha convertido en un símbolo del potencial de la biología sintética para cambiar el mundo para mejor. El dinero de Gates pagó la rápida expansión de Amyris, que Keasling y tres de sus postdoctorados fundaron para llevar a cabo el proyecto contra la malaria. A fines de 2005, dice el director técnico de Amyris, Neil Renninger, algunos en la compañía pasaban las noches y los fines de semana pensando en qué otros problemas podría resolver su tecnología.

Dentro de un fermentador, la levadura modificada genéticamente metaboliza el azúcar y produce farneseno, un aceite de hidrocarburo fragante.

Amyris estima que la familia de los isoprenoides incluye unos 50.000 tipos diferentes de moléculas, por lo que estaba lejos de estar claro dónde enfocarse a continuación. Cuando comenzamos a lanzar los VC, dijimos que hay algunos medicamentos que creemos que son interesantes, nutracéuticos e incluso combustibles, ¿qué piensas? recuerda Renninger. Pero fue difícil encontrar un proyecto tan significativo para los científicos de Amyris como el paludismo. Ésta era realmente una cultura de personas que quieren salvar vidas y no ganar mucho dinero, dice. Entonces, cuando les pones el sabor a toronja delante de ellos, bueno, no es demasiado interesante.

Las cosas empezaron a cambiar a mediados de 2006, cuando dos de las firmas de capital de riesgo más conocidas de Silicon Valley, Kleiner Perkins Caufield y Byers y el especialista en energía verde Khosla Ventures, se ofrecieron a invertir 20 millones de dólares en la empresa. El Congreso de los Estados Unidos aprobó mandatos de combustibles renovables en 2005, lo que desencadenó una ola de inversión especulativa en todo tipo de biocombustibles. Geoffrey Duyk, director gerente de TPG Biotech, que también invirtió dinero en la empresa, recuerda que una vez que Amyris aceptó los fondos, los inversores entraron y se centraron en los combustibles.

Los inversores comenzaron a cortejar a Melo, entonces director del negocio de combustibles de British Petroleum en América del Norte, para que fuera el director ejecutivo de Amyris. Melo dirigía lo que él llama un pequeño y agradable negocio que involucraba enormes flotas de camiones y decenas de terminales, generando $ 34 mil millones en ingresos. Cuando un reclutador lo llamó por primera vez para hablar de una empresa de biotecnología con un proyecto contra la malaria, recuerda: Mi reacción fue: 'Tienes que estar bromeando'. Soy un tipo de combustibles,

entonces, ¿qué me importa?

A medida que aprendió más sobre biología sintética y conoció al personal científico de Amyris, Melo cambió de opinión. Los combustibles son los más grandes de todos los negocios por ingresos, pero como porcentaje de las ganancias, las compañías petroleras gastan solo pequeñas sumas en I + D y casi nada en investigación básica. Melo decidió que su antigua industria estaba lista para el cambio. La capacidad de modificar microbios [significa] que podemos ser el Microsoft de combustibles y productos químicos, donde de hecho estamos escribiendo el software que entra en el tanque de fermentación, dice. Eso, para mí, fue un cambio de juego. Melo ordenó a la empresa que trabajara con diésel, el combustible de transporte más utilizado en el mundo y que a menudo escasea. Producir el tipo correcto de molécula resultó sorprendentemente fácil. En seis semanas, los científicos cambiaron una sola enzima en sus insectos productores de artemisinina y comenzaron a producir farneseno, el aceite que habían identificado como un precursor potencial del diesel.

Parecen proyectos muy diferentes, uno es un medicamento y el otro es un combustible, pero la ruta metabólica es similar, dice Collier. Ese fue el gran avance de Amyris. El farneseno es un aceite de olor agradable que explica en parte el olor de las pieles de manzana. Al realizar un paso químico adicional, la hidrogenación, Amyris puede convertir el farneseno producido por la levadura en farnesano, un combustible altamente combustible con propiedades similares a las del diesel.

Las cepas de levadura se prueban para determinar su eficacia.

Al ser un hidrocarburo como el diésel y la gasolina, farnesane no estará sujeto a los problemas que han afectado a otros biocombustibles, apuesta Amyris. El etanol, por ejemplo, puede mezclarse con agua, lo que puede causar problemas cuando el agua llega a las tuberías de gasolina. Mientras tanto, los biodiésel derivados de plantas contienen impurezas y pueden obstruir los motores a bajas temperaturas. Farnesane, por otro lado, puede simplemente incorporarse a la red de distribución de combustible existente. Incluso tiene una ventaja sobre el diésel ordinario: no contiene azufre contaminante.

Pero el proyecto tendrá un impacto solo si se puede implementar a una escala masiva. Y nadie está seguro todavía de qué tan bien funcionará la biología sintética a tales escalas. Synthetic Genomics, una empresa fundada por el pionero de la secuenciación de genes J. Craig Venter, alcanzó un acuerdo de 300 millones de dólares con ExxonMobil el año pasado para desarrollar algas productoras de combustible. Sin embargo, el vicepresidente de investigación y desarrollo de Exxon, Emil Jacobs, le dijo al New York Times que no quería endulzar las posibilidades del proyecto. En el caso de los combustibles para el transporte, si no puede ver si puede escalar una tecnología, entonces debe preguntarse si es necesario que participe en absoluto, dijo.

La capacidad de producir combustibles en cantidades asombrosas no es lo único que se necesita para que se conviertan en una opción realista. También son productos básicos que se venden a precios bajísimos. El producto de la industria del petróleo, litro por litro, cuesta la mitad del precio de Coca-Cola. ¿Dónde iban a estar los principales costos en el proceso de producción de Amyris? Si los promedios de la industria del etanol fueran ciertos, el azúcar del que se alimenta la levadura representaría más de la mitad del precio final de la elaboración de farnesano.

Esos cálculos fueron parte de lo que llevó a Melo a plantar firmemente la bandera en Brasil, recuerda el inversionista Duyk. El maíz americano, aunque al alcance de la mano, habría sido una mala apuesta. Para 2007, el auge de la producción de etanol en Estados Unidos había disparado los precios del maíz tanto que decenas de miles de mexicanos se manifestaron sobre el costo de las tortillas. Cuando los precios del petróleo cayeron en 2008 y los precios del maíz se mantuvieron en niveles récord, muchos productores de etanol estadounidenses ya no pudieron obtener ganancias.

Un trabajador sostiene botellas del producto final de Amyris, combustible diesel.

La escala, el costo y la competencia con los suministros alimentarios no son los únicos problemas de los biocombustibles. Amyris quería comercializar su diésel como bueno para el medio ambiente; sus folletos afirman que sus combustibles No Compromise liberarán un 80 por ciento menos de dióxido de carbono a la atmósfera que los combustibles fósiles. Hoy, la caña de azúcar brasileña es el único cultivo que posiblemente puede respaldar el marketing verde de Amyris. Los estudios brasileños dicen que el etanol de caña de azúcar produce entre 7 y 10 veces más energía que la que se necesita para producir el combustible; por el contrario, el etanol elaborado a partir de maíz rinde un poco más de lo que consume su producción. Si bien el impacto ambiental del cultivo de la caña de azúcar permanece en disputa, está claro que el proceso requiere menos energía que el cultivo del maíz. Es más, los productores de biocombustibles de Brasil son más eficientes que los de otros países, en parte porque muchos ingenios brasileños queman residuos de caña de azúcar para alimentar sus trituradoras y destiladores, reduciendo el uso de combustibles fósiles.

Como mercado, Brasil también puede traer otras ventajas. La demanda de diesel del país es alta, por lo que Amyris podría construir un negocio respetable sin exportar ni una gota. Brasil también tiene espacio para aumentar la producción: la caña de azúcar ahora se planta en aproximadamente el 3 por ciento de la tierra cultivable de Brasil, pero la cosecha podría expandirse a más de 100 millones de acres que actualmente se utilizan para el pastoreo de ganado. Probablemente podría cuadriplicar y quintuplicar la producción de caña, dice Bill Haywood, director ejecutivo de LS9 y ex ejecutivo de una compañía petrolera. Eso es mal entendido por el resto del mundo. Creo que Brasil va a ser el nacimiento de productos de alta calidad.

diésel verde, al igual que para el etanol.

En diciembre, Amyris llegó a un acuerdo para construir su primera planta de farneseno, una instalación de 100 millones de litros por año que se construirá dentro de la recién construida planta de azúcar y etanol Boa Vista en Goiás. Como parte de la transacción, Amyris acordó comprar una participación del 40 por ciento en la planta a su propietario, Grupo São Martinho. Su pago total, alrededor de $ 80 millones en efectivo y acciones, fue el precio más alto jamás pagado por la capacidad de molienda en Brasil, según el presidente de São Martinho, Fábio Venturelli. Amyris quería tener el control sobre la construcción de su primera gran planta, para asegurarse de que funcionara sin problemas. Pero eventualmente la compañía planea intercambiar su tecnología por acceso al jugo de caña de azúcar, un enfoque menos costoso. La idea es que los ingenios azucareros de Brasil paguen para modernizar sus plantas, mientras que Amyris aporta su levadura modificada genéticamente. Amyris luego vendería el farneseno y dividiría las ganancias con el molino.

Aunque los términos comerciales pueden ser complicados, el argumento básico que está haciendo Amyris no lo es: en una industria que en muchos sentidos es de baja tecnología (más de la mitad de la caña de azúcar de Brasil todavía es pirateada por jornaleros con machetes), promete convertir los molinos en biorrefinerías futuristas capaces de producir productos químicos y combustibles más valiosos que el azúcar o el etanol. Muchas empresas brasileñas han estado pensando en líneas similares. Cuando Venturelli se convirtió en director ejecutivo de São Martinho en 2008 y vio por primera vez los planos de la planta de Boa Vista, notó que alguien había escrito una nota en un área en blanco. Decía: Este espacio para el futuro químico a base de caña de azúcar.

Sin embargo, quedan muchas preguntas. Todas nuestras empresas buscan estar a la vanguardia del mercado de combustibles y ven en Amyris la oportunidad de transferencia de tecnología, dice Alfred Szwarc, asesor técnico de UNICA, la asociación de caña de azúcar más grande de Brasil. Pero como no conocemos el precio ni los costos operativos, por ahora hay mucha especulación.

La mayor incertidumbre es cómo se comportará la levadura de Amyris en condiciones industriales. Será una de las primeras veces que la biología sintética alcance tal escala, y es seguro que el proceso planteará problemas de ingeniería que ninguna otra empresa ha enfrentado antes. Una preocupación: las cepas de levadura silvestre podrían entrar en los tanques de fermentación junto con el jugo de caña de azúcar. En experimentos de laboratorio estériles, eso no es un problema. Pero en un ingenio de caña de azúcar, la levadura que no produce farneseno podría abrumar fácilmente a la variedad creada en el laboratorio.

Los desarrollos recientes en el proyecto de artemisinina también sugieren que los costos podrían ser un problema. El fabricante de medicamentos Sanofi Aventis, que acordó manejar la producción comercial del antipalúdico, dice que se topó con obstáculos inesperados y ahora planea producir el medicamento por entre 350 y 400 dólares el kilo. Eso está cerca del precio promedio de la versión derivada de plantas, pero es de tres a cuatro veces más caro de lo que Keasling ha prometido en entrevistas con los medios.

En Brasil, es posible que los sueños de Amyris de transformar el negocio mundial de los combustibles deban aplazarse, al menos por un tiempo. Es posible que la primera planta de la empresa no produzca farneseno a un precio suficientemente bajo para competir cara a cara con el diésel. En cambio, el farneseno producido por la planta de São Martinho se venderá inicialmente al mercado de productos de consumo, donde puede tener precios mucho más altos que los que se pagan por el diésel. (Se puede utilizar, entre otras cosas, como agente hidratante para lápices labiales o cremas antienvejecimiento).

Eso significa que los científicos de Amyris pueden tener que esperar un poco más para cambiar el mundo. Pero Melo dice que la compañía no se ha alejado de su objetivo de convertirse en una fuerza importante en el mercado de combustibles. Nos preocupamos por el impacto, dice. Salvar a miles de niños tiene un impacto. Con combustibles, es escala. Si no podemos escalar nuestra contribución a las [emisiones] de CO2 o la producción ecológica, seremos irrelevantes.

Antonio Regalado es corresponsal colaborador de Ciencias en América Latina y exeditor en TR. Tiene su base en Sao Paulo.

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