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El precio de los biocombustibles
La exuberancia irracional por el etanol que se extendió por el cinturón de maíz estadounidense durante los últimos años ha dado paso a una triste resaca, especialmente entre aquellos que invirtieron mucho en las extensas instalaciones de producción que ahora salpican el paisaje rural. Es la versión del Medio Oeste de la burbuja tecnológica y, de alguna manera, es muy familiar: los inversores demasiado entusiastas y enamorados del potencial aparentemente ilimitado de una tecnología ignoran lo que, al menos en retrospectiva, son realidades económicas obvias.
Más de cien fábricas de biocombustibles, agrupadas principalmente en los estados productores de maíz de Iowa, Minnesota, Illinois, Indiana, Dakota del Sur y Nebraska, producirán 6.400 millones de galones de etanol este año, y se están construyendo otras 74 instalaciones. Hace apenas 18 meses, eran vacas de efectivo, produciendo etanol de alto precio a partir de maíz de bajo precio, aumentando las esperanzas de independencia energética entre los políticos y captando la atención y el dinero de los capitalistas de riesgo de las costas este y oeste.
Ahora los productores de etanol están luchando y muchos están perdiendo dinero. El precio de un bushel de maíz subió a máximos históricos durante el año, excediendo los $ 4,00 el invierno pasado antes de volver a caer a alrededor de $ 3,50 en el verano, y luego repuntarse este otoño a cerca de $ 4,00 nuevamente. Al mismo tiempo, los precios del etanol se desplomaron a medida que el mercado del combustible alternativo, que todavía se utiliza principalmente como aditivo de la gasolina, se saturó. Frente a estas dos tendencias, los márgenes de beneficio desaparecieron.
El estancamiento del mercado del etanol refleja el ciclo predecible de auge y caída de cualquier producto básico: los precios altos impulsan una mayor producción y pronto el mercado está sobreabastecido, lo que hace que los precios se derrumben. Pero el uso a gran escala de etanol derivado del maíz como combustible de transporte tiene sus propios problemas económicos. A pesar de que el petróleo crudo está a precios casi récord y las empresas que usan etanol en su gasolina reciben un crédito fiscal federal de 51 centavos por galón, el etanol lucha por competir económicamente. Y con una infraestructura limitada para distribuir y vender el biocombustible, la demanda seguirá siendo incierta en el futuro previsible.
Para más información lea Revisión de tecnología Informe especial sobre biocombustibles.
Más alarmante es que el auge de la producción de etanol está elevando el precio de los alimentos. Del récord de 93 millones de acres de maíz sembrados en los Estados Unidos en 2007, alrededor del 20 por ciento se destinó al etanol. Dado que la mayor parte del resto se utiliza para alimentar a los animales, los precios de la carne de res, la leche, las aves y el cerdo se ven afectados por los aumentos en el costo del maíz. La Organización internacional para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) advirtió recientemente que el rápido crecimiento de la industria de los biocombustibles podría provocar cambios fundamentales en los mercados agrícolas de todo el mundo e incluso podría provocar escasez de alimentos.
Todo esto llega en un momento en que la necesidad de alternativas a los combustibles para el transporte a base de petróleo se vuelve urgente. Al cierre de esta edición, el precio del petróleo crudo estaba cerca de los 90 dólares el barril. Y las preocupaciones sobre el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero de los aproximadamente 142 mil millones de galones de gasolina que se usan cada año en los Estados Unidos están aumentando. El uso ampliado de biocombustibles es fundamental para la estrategia energética a largo plazo del gobierno federal. En su discurso sobre el estado de la Unión el 23 de enero de 2007, el presidente Bush estableció el objetivo de producir 35 mil millones de galones de combustibles renovables y alternativos para 2017, citando la necesidad de independencia del petróleo extranjero. El Departamento de Energía de EE. UU. Se ha fijado el objetivo similar de reemplazar el 30 por ciento del uso de gasolina con el uso de biocombustible para 2030.
Multimedia
¿Auge o caída? (PDF: Cuadros y gráficos de la economía de los biocombustibles)
Vea imágenes de granos ricos en proteínas y la producción de hidrocarburos.
Investigadores de la Universidad de Minnesota exploran el futuro de los biocombustibles.
C. Ford Runge explica los problemas del etanol de maíz.
El capitalista de riesgo Vinod Khosla detalla el potencial de mercado de las energías alternativas.
Sin embargo, alcanzar ambos objetivos requerirá importantes avances tecnológicos. En los Estados Unidos, por ahora, el etanol significa la versión derivada del maíz. (Se esperaba que los productores brasileños produjeran 4.970 millones de galones de etanol en 2007, principalmente a partir de la caña de azúcar; pero ese cultivo semitropical es viable desde el punto de vista agrícola en solo unas pocas partes de los Estados Unidos). Incluso los defensores del etanol de maíz dicen que sus niveles de producción no pueden superar más de alrededor de 15 mil millones de galones al año, lo que está muy por debajo de la meta de Bush.
Si bien el presidente Bush y otros defensores de los biocombustibles a menudo han pedido que se fabrique etanol a partir de materias primas alternativas como el pasto varilla, una planta originaria de los estados de las praderas de EE. UU., Donde crece ampliamente, la tecnología requerida es, según la mayoría de las estimaciones, al menos cuatro a cinco años desde la viabilidad comercial. Mientras tanto, todavía se encuentran en el laboratorio técnicas biológicas avanzadas para crear organismos novedosos que produzcan otros biocombustibles, como los hidrocarburos. Hasta ahora, los investigadores están produciendo cantidades que ni siquiera llenarían el tanque de un SUV grande.
Los problemas económicos y las limitaciones del mercado del etanol de maíz son un doloroso recordatorio de las inmensas dificultades que enfrentan los desarrolladores de nuevos biocombustibles. La conclusión es que tendrás que hacer que el combustible sea barato, dice Frances Arnold, profesora de ingeniería química y bioquímica en Caltech. Todos podemos hacer algo. Pero tienes que hacer mucho y tienes que hacerlo barato. El problema es tan grande que su tecnología debe ampliarse y hacerlo a un precio competitivo. Todos competirán solo por el precio.
Tizón del maíz
Puede que no haya mejor lugar para obtener una evaluación realista de los biocombustibles que el Departamento de Economía Aplicada de la Universidad de Minnesota. El gran campus que alberga el departamento y el resto de la escuela de agricultura de la universidad se encuentra en una colina baja en un tranquilo vecindario de St. Paul. Acres de campos donde se llevan a cabo experimentos se extienden desde el borde de la universidad. Cerca se encuentran los terrenos de la Feria Estatal de Minnesota, un evento de 12 días que atrae a más de un millón y medio de visitantes al final del verano.
El estado es el cuarto productor más grande de maíz en los EE. UU. Y gran parte de su economía, incluso su cultura, está íntimamente ligada a la cosecha. El aumento de los precios del maíz ha sido una bendición para las comunidades agrícolas rurales de Minnesota. Y el gobernador y otros políticos estatales han impulsado fuertemente el uso del etanol como combustible para el transporte. Aún así, no encontrará mucho apoyo para el etanol de maíz en el edificio de ladrillos que alberga el departamento.
En su ordenada oficina con sus prolijas pilas de documentos técnicos e informes agrícolas, Vernon Eidman, profesor emérito de economía agrícola, combina la autoridad de un académico con la severidad de un banquero del Medio Oeste. Podríamos ver esto venir, dice, describiendo la difícil situación actual del mercado de los productores de etanol. No es que [los productores] no supieran que vendría. Al menos, deberían haberlo sabido. En 2006 obtuvieron ganancias como nunca antes, dice Eidman. Y ese es un factor importante que llevó a esta tremenda acumulación.
Los números hablan por si mismos. Los cálculos de Eidman muestran lo que cuesta, dados los precios variables del maíz, una nueva instalación de tamaño moderado para producir etanol. A $ 4,00 el bushel de maíz, la producción de etanol cuesta $ 1,70 el galón; Para obtener un rendimiento sobre el capital social del 12 por ciento, los productores deben vender etanol a 1,83 dólares el galón. Luego, Eidman muestra sus cifras de los precios que las compañías petroleras están pagando cuando compran etanol para mezclar con su gasolina: este diciembre, los precios eran de alrededor de $ 1,90 el galón, y las ofertas para 2008 oscilan entre $ 1,75 y $ 1,80 el galón. En otras palabras, los márgenes de beneficio para los productores de etanol son extremadamente ajustados. Para empeorar las cosas, dice Eidman, se espera que la capacidad de producción, que era de alrededor de 5.400 millones de galones a principios de 2007, alcance los 12.500 millones de galones para 2010.
Si bien el aumento de la producción de etanol ha generado preocupaciones sobre el exceso de oferta, el otro lado de la ecuación del mercado es en realidad un motivo de mayor preocupación: la demanda futura de combustible de etanol no es segura. En algunas partes del país, particularmente en los estados del cinturón de maíz, los conductores pueden comprar combustible con un 85 por ciento de etanol. Pero en su mayor parte, las compañías petroleras usan etanol en una concentración del 10 por ciento, para aumentar el contenido de oxígeno de su gasolina. Este mercado no solo es limitado, sino que la mezcla de etanol al 10 por ciento ofrece un consumo de combustible ligeramente reducido, lo que potencialmente reduce el apetito del consumidor por el combustible.
No es solo la economía a corto plazo del etanol lo que preocupa a los expertos agrícolas. También advierten que el etanol derivado del maíz no es el combustible verde que han descrito sus defensores. Esto se debe a que la producción de etanol requiere mucha energía, tanto para cultivar maíz como, lo que es más importante, para hacer funcionar las instalaciones de fermentación que convierten el azúcar extraído de los granos de maíz en el alcohol que se usa como combustible. Exactamente cuánta energía se necesita ha sido objeto de un intenso debate académico en varias revistas durante los últimos años.
Según cálculos realizados por investigadores de Minnesota, el 54 por ciento de la energía total representada por un galón de etanol se compensa con la energía necesaria para procesar el combustible; otro 24 por ciento se compensa con la energía necesaria para cultivar el maíz. Si bien se extrae aproximadamente un 25 por ciento más de energía del biocombustible de la que se usa para producirlo, otros combustibles producen ganancias mucho mayores, dice Stephen Polasky, profesor de economía ecológica y ambiental en Minnesota. Hacer etanol no es un proceso barato, dice. Desde mi perspectiva, el mayor problema [con el etanol de maíz] es simplemente la economía y los costos. La entrada / salida de energía no es muy buena.
Los altos requisitos energéticos de la producción de etanol significan que usar etanol como combustible no es mucho mejor para el medio ambiente que usar gasolina. Uno podría pensar que quemar el biocombustible liberaría solo el dióxido de carbono que captura el maíz a medida que crece. Pero esa imagen simplificada, que a menudo se ha inventado para respaldar el uso de combustible de etanol, no resiste un examen más detenido.
De hecho, dice Polasky, los combustibles fósiles necesarios para cultivar y cosechar maíz y producir etanol son responsables de importantes emisiones de carbono. No solo eso, sino que el cultivo de maíz también produce otros dos potentes gases de efecto invernadero: óxido nitroso y metano. Polasky calcula que el etanol derivado del maíz es responsable de las emisiones de gases de efecto invernadero entre un 15 y un 20 por ciento por debajo de las asociadas con la gasolina: la conclusión es que está obteniendo un ligero ahorro en términos de emisiones de gases de efecto invernadero, pero no mucho.
Sin embargo, si el etanol derivado del maíz ha tenido poco impacto en los mercados energéticos y las emisiones de gases de efecto invernadero, su producción podría tener repercusiones en todos los mercados agrícolas. No solo han subido los precios del maíz, sino también los precios de la soja, porque los agricultores plantaron menos soja para dejar espacio para el maíz.
En la edición de mayo / junio de 2007 de Relaciones Exteriores , C. Ford Runge, profesor de economía aplicada y derecho en Minnesota, coescribió un artículo titulado Cómo los biocombustibles podrían matar de hambre a los pobres, que argumentó que el enorme volumen de maíz requerido por la industria del etanol está provocando ondas de choque en el sistema alimentario. Seis meses después, sentado en una gran oficina desde la que dirige el Centro de Política Agrícola y Alimentaria Internacional de la universidad, Runge parece desconcertado por las críticas que su artículo recibió de los políticos locales y del negocio del etanol. Pero se mantiene firme en su argumento: es evidente que los precios de la leche, los precios del pan, están aumentando tres veces la tasa promedio de aumento de los últimos 10 años. Es apreciable y está comenzando a ser apreciado.
El reciente informe de la OCDE, publicado a principios de septiembre, es solo la última confirmación de sus advertencias, dice Runge. Y debido a que un mayor porcentaje de sus ingresos se destina a la alimentación, dice, esto realmente afectará a los pobres. Dado que Estados Unidos exporta alrededor del 20 por ciento de su maíz, los pobres del resto del mundo corren un riesgo particular. Runge cita la duplicación del precio de las tortillas en México hace un año.
Todos estos factores contradicen la promesa del etanol de maíz como solución al problema energético. Mi opinión, dice Polasky, es que [el etanol] solo será un actor secundario en términos de suministro de energía. Calcula que incluso si todo el maíz sembrado en Estados Unidos se usara para etanol, el biocombustible aún desplazaría solo el 12 por ciento del consumo de gasolina. Si estoy haciendo esto por la política energética, no veo la recompensa, dice. Si estamos haciendo esto como política de apoyo a la agricultura, puede haber más mérito allí. Pero tendremos que pasar a la próxima generación de tecnología para tener un impacto significativo en los mercados energéticos.
Superbacterias
Desde la crisis del petróleo de la década de 1970, cuando el precio del barril de petróleo alcanzó su punto máximo, los ingenieros químicos y biológicos han buscado formas de convertir las vastas reservas de material celulósico del país, como madera, residuos agrícolas y pastos perennes en etanol y otros biocombustibles. . El año pasado, citando otro de los objetivos del presidente Bush, reducir el consumo de gasolina en un 20 por ciento en 10 años, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) anunció hasta 385 millones de dólares en financiamiento para seis proyectos de biorrefinería que utilizarán diversas tecnologías para producir etanol a partir de biomasa. que van desde astillas de madera hasta pasto varilla.
Según un informe de 2005 del DOE y el Departamento de Agricultura de EE. UU., El país tiene suficientes tierras agrícolas y forestales disponibles para producir 1.300 millones de toneladas de biomasa que podrían destinarse a biocombustibles. Más allá de proporcionar una gran cantidad de materia prima barata, la biomasa celulósica podría aumentar en gran medida los beneficios energéticos y ambientales de los biocombustibles. Se necesita mucha menos energía para cultivar materiales celulósicos que para cultivar maíz, y porciones de la biomasa se pueden utilizar para ayudar a impulsar el proceso de producción. (El etanol a base de caña de azúcar producido en Brasil también ofrece mejoras sobre el etanol a base de maíz, gracias a los grandes rendimientos y el alto contenido de azúcar del cultivo).
Pero a pesar de años de investigación y la inversión reciente en la ampliación de los procesos de producción, todavía no hay instalaciones comerciales que produzcan etanol celulósico. La explicación económica es simple: cuesta demasiado construir una instalación de este tipo. La celulosa, un polisacárido de cadena larga que constituye gran parte de la masa de plantas leñosas y residuos de cultivos como los tallos de maíz, es difícil y, por lo tanto, costosa de descomponer.
Existen varias tecnologías para producir etanol celulósico. La celulosa se puede calentar a alta presión en presencia de oxígeno para formar gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno que se convierte fácilmente en etanol y otros combustibles. Alternativamente, las enzimas industriales pueden descomponer la celulosa en azúcares. A continuación, los azúcares alimentan a los reactores de fermentación en los que los microorganismos producen etanol. Pero todos estos procesos siguen siendo demasiado costosos para utilizarlos comercialmente.
Incluso los defensores del etanol celulósico calculan que los costos de capital de construir una planta de fabricación son más del doble que los de una planta a base de maíz, y otras estimaciones oscilan entre tres y cinco veces el costo. Hoy en día se puede producir etanol celulósico, pero a un precio que está lejos de ser perfecto, dice Christopher Somerville, biólogo de plantas de la Universidad de California, Berkeley, que estudia cómo se forma y utiliza la celulosa en las paredes celulares de las plantas.
La celulosa tiene propiedades físicas y químicas que dificultan el acceso y la descomposición, explica Arnold de Caltech, quien ha trabajado intermitentemente en el enfoque biológico para producir etanol celulósico desde la década de 1970. Por un lado, las fibras de celulosa se mantienen unidas por una sustancia llamada lignina, que se parece un poco al asfalto, dice Arnold. Una vez que se elimina la lignina, las enzimas pueden descomponer la celulosa, pero son costosas y las enzimas existentes no son ideales para la tarea.
Muchos investigadores creen que la forma más prometedora de hacer que los biocombustibles celulósicos sean económicamente competitivos implica la creación, o el descubrimiento, de superbacterias, microorganismos que pueden descomponer la celulosa en azúcares y luego fermentar esos azúcares en etanol. La idea es tomar lo que ahora es un proceso de varios pasos que requiere la adición de costosas enzimas y convertirlo en un proceso simple de un solo paso, conocido en la industria como bioprocesamiento consolidado. Según Lee Lynd, profesor de ingeniería en Dartmouth College y cofundador de Mascoma, una empresa con sede en Cambridge, MA, que comercializa una versión de la tecnología, el enfoque consolidado podría eventualmente producir etanol a 70 centavos el galón. Sería un gran avance transformador, dice. No hay duda de que sería atractivo.
Pero encontrar superbacterias ha resultado difícil. Durante décadas, los científicos han sabido de bacterias que pueden degradar la celulosa y también producir algo de etanol. Sin embargo, ninguno puede hacer el trabajo con la suficiente rapidez y eficacia como para ser útil en la fabricación a gran escala.
La naturaleza, explica Arnold, ofrece poca ayuda. Hay algunos organismos que descomponen la celulosa, dice, pero el problema es que no producen combustibles, así que eso no te hace mucho bien. Una alternativa, dice, es modificar genéticamente E. coli y levadura para que segreguen enzimas que degradan la celulosa. Pero aunque muchos tipos diferentes de enzimas podrían hacer el trabajo, a la mayoría no les gusta que se inserten en E. coli y levadura.
Arnold, sin embargo, es optimista de que se descubrirá el organismo correcto. Nunca se sabe lo que pasará mañana, dice, si se hace usando biología sintética o si alguien simplemente se raspa uno de la suela de su zapato.
No se lo raspó del zapato, pero Susan Leschine, microbióloga de la Universidad de Massachusetts, Amherst, cree que podría haber tropezado con un error que funcionará. Lo encontró en una muestra de suelo recolectada hace más de una década en los bosques que rodean el embalse de Quabbin, a unas 15 millas de su laboratorio. La muestra de Quabbin era solo una de las muchas de todo el mundo que Leschine estaba estudiando, por lo que pasaron varios años antes de que terminara de analizarla. Pero cuando lo hizo, se dio cuenta de que una de sus bacterias, Clostridium fitofermentans , tenía propiedades extraordinarias. Descompone casi todos los componentes de la planta y forma etanol como producto principal, dice. Produce cantidades prodigiosas de etanol.
Leschine fundó una empresa en Amherst, SunEthanol, que intentará aumentar la producción de etanol utilizando la bacteria. Queda un largo camino por recorrer, reconoce, pero agrega que lo que tenemos es muy diferente y eso nos da una ventaja. Ya tenemos un microbio y lo hemos demostrado con materias primas reales. Leschine dice que probablemente otros microbios útiles estén esperando ser descubiertos: una sola muestra de suelo, después de todo, contiene cientos de miles de variedades. En este zoológico de microbios, dice, podemos pensar que hay otros con propiedades similares.
Praderas florecientes
Sin embargo, si el etanol elaborado a partir de biomasa celulósica es bueno o malo para el medio ambiente, depende del tipo de biomasa que sea y de cómo se cultive.
En su oficina en St. Paul, David Tilman, profesor de ecología en la Universidad de Minnesota, saca una gran foto aérea de un campo seccionado en una cuadrícula ordenada. Incluso desde el punto de vista de la cámara muy por encima del suelo, la tierra parece pobre. En una parcela hay delgadas hileras de pastos, el suelo arenoso visible debajo. Tilman dice que la tierra era tan infértil que se había abandonado su uso agrícola. Luego, él y sus colegas rasparon la capa superficial del suelo restante. Ningún agricultor tiene una tierra tan mala, dice.
En una serie de pruebas, Tilman cultivó una mezcla de pastos de pradera nativos (incluido el pasto varilla) en algunas de las parcelas del campo y especies individuales en otras. Los resultados muestran que una mezcla diversa de pastos, incluso cultivados en suelos extremadamente infértiles, podría ser una fuente valiosa de biocombustibles, dice. Se podría producir más etanol a partir de un acre [de pastos mixtos] que a partir de un acre de maíz. Mejor aún, en un artículo publicado en Science, Tilman mostró que las hierbas de la pradera podrían usarse para producir etanol que sea carbono negativo: las hierbas podrían consumir y almacenar más dióxido de carbono del que se libera al producir y quemar el combustible elaborado a partir de ellas.
Los hallazgos son sorprendentes porque sugieren una forma ambientalmente beneficiosa de producir cantidades masivas de biocombustibles sin competir con los cultivos alimentarios. Para 2050, según Tilman, el mundo necesitará mil millones de hectáreas más de tierra para la alimentación. Esa es la masa de tierra de todo Estados Unidos solo para alimentar al mundo, dice. Si hiciera muchos biocombustibles en tierras [cultivables] (es muy fácil imaginar mil millones de hectáreas para biocombustibles), no quedará naturaleza ni reserva de tierra después de 50 años. En cambio, sostiene Tilman, tiene sentido cultivar biomasa para combustibles en tierras relativamente infértiles que ya no se utilizan para la agricultura.
Pero al final de la colina desde la oficina de Tilman, sus colegas del departamento de economía aplicada se preocupan por los problemas prácticos relacionados con el uso de grandes cantidades de biomasa para producir combustible. Por un lado, señalan, aún deben desarrollarse la tecnología y la infraestructura que podrían manejar y transportar de manera eficiente la biomasa voluminosa. Y dado que el material vegetal será costoso de transportar, las instalaciones de producción de biocombustible deberán construirse cerca de las fuentes de materia prima, probablemente a 50 millas.
La cantidad de biomasa necesaria para alimentar incluso una planta de etanol de tamaño medio es abrumadora. Eidman calcula que una instalación que produzca 50 millones de galones por año requeriría que un camión cargado con biomasa llegara cada seis minutos las 24 horas del día. Es más, dice, la materia prima no es gratuita: costará entre $ 60 y $ 70 la tonelada, o alrededor de 75 centavos por galón de etanol. Ahí es donde se engaña a mucha gente, agrega.
Dado que no se ha construido ninguna instalación celulósica comercial, dice Eidman, es difícil analizar los costos específicos de varias tecnologías. En general, sugiere, la economía parece interesante, pero el etanol celulósico tendrá que competir con los biocombustibles derivados del maíz y llegar a algo así como 1,50 dólares el galón. Eidman cree que será al menos 2015 antes de que los biocombustibles hechos de celulosa sean un factor importante en el mercado.
Exiliado
Mientras que los ingenieros químicos, microbiólogos, agrónomos y otros luchan por encontrar formas de hacer que el etanol celulósico sea comercialmente competitivo, algunos biólogos sintéticos e ingenieros metabólicos se están enfocando en una estrategia completamente diferente. A más de mil quinientas millas de distancia del cinturón de maíz del Medio Oeste, varias empresas emergentes con sede en California y respaldadas por empresas fundadas por pioneros en el campo incipiente de la biología sintética están creando nuevos microorganismos diseñados para producir biocombustibles distintos del etanol.
Después de todo, el etanol no es un combustible ideal. Una molécula de dos carbonos, tiene solo dos tercios del contenido energético de la gasolina, que es una mezcla de hidrocarburos de cadena larga. Dicho de otra manera, se necesitarían aproximadamente un galón y medio de etanol para producir el mismo kilometraje que un galón de gasolina. Y debido a que el etanol se mezcla con el agua, se requiere un paso de destilación costoso al final del proceso de fermentación. Es más, debido a que el etanol se contamina más fácilmente con agua que los hidrocarburos, no puede enviarse por los oleoductos que se utilizan para distribuir gasolina a bajo costo en todo Estados Unidos. El etanol debe enviarse en vagones de ferrocarril especializados (los camiones, con su carga útil relativamente pequeña, suelen ser demasiado caros), lo que aumenta el costo del combustible.
Entonces, en lugar de etanol, las nuevas empresas de California planean producir nuevos hidrocarburos. Al igual que el etanol, los nuevos compuestos se fermentan a partir de azúcares, pero están diseñados para parecerse más a la gasolina, el diésel e incluso el combustible para aviones. Echamos un vistazo al etanol, dice Neil Renninger, vicepresidente senior de desarrollo y cofundador de Amyris Biotechnologies en Emeryville, CA, y nos dimos cuenta de las limitaciones y el deseo de fabricar algo que se pareciera más a los combustibles convencionales. Esencialmente, queríamos producir hidrocarburos. Los hidrocarburos son los que se encuentran actualmente en los combustibles, y los hidrocarburos son los mejores combustibles porque hemos diseñado nuestros motores para que funcionen con ellos. Si los investigadores pueden diseñar genéticamente microbios que produzcan tales compuestos, cambiará por completo la economía de los biocombustibles.
El problema es que la naturaleza no ofrece ejemplos conocidos de microorganismos que puedan fermentar azúcares en los tipos de hidrocarburos útiles como combustible. Por tanto, los biólogos sintéticos tienen que empezar de cero. Identifican reacciones metabólicas prometedoras en otros organismos e insertan los genes correspondientes en E. coli o levadura, recombinando las vías metabólicas hasta que producen los productos deseados.
En LS9 en San Carlos, CA, los investigadores están convirtiendo a E. coli en un productor de hidrocarburos mediante la reingeniería de su metabolismo de ácidos grasos ( ver Better Biofuels, Forward, julio / agosto de 2007 ). Stephen del Cardayré, vicepresidente de investigación y desarrollo de LS9, dice que la empresa decidió centrarse en los ácidos grasos porque los organismos los producen naturalmente en abundancia, como una forma de almacenar energía. Queríamos aprovechar un camino que [naturalmente] hace muchas cosas, dice del Cardayré. Solo agarra tu cintura. Del Cardayré y sus compañeros de trabajo utilizan muchas de las vías existentes en el metabolismo de los ácidos grasos de E. coli, pero las desvían cerca del final del ciclo metabólico. Dado que los ácidos grasos consisten en una cadena de hidrocarburos con un grupo carboxilo, es relativamente sencillo fabricar los combustibles de hidrocarburos. Piense en ello como una carretera, dice del Cardayré. Cerca del final de la carretera, agregamos un desvío, un camino que diseñamos y colocamos allí, para que los ácidos grasos tengan un mejor lugar adonde ir. Los sacamos y los cambiamos químicamente, utilizando esta nueva vía sintética que los lleva a los productos que queremos.
Amyris también está adoptando el enfoque de biología sintética, pero en lugar de modificar el metabolismo de los ácidos grasos, está trabajando en vías que producen isoprenoides, una gran clase de compuestos naturales. Sin embargo, hasta ahora, tanto LS9 como Amyris están fabricando sus biocombustibles en unos pocos litros a la vez. Y aunque las empresas tienen calendarios ambiciosos para comercializar sus tecnologías, ambas afirman que sus procesos estarán listos para 2010, mejorar el rendimiento y la velocidad de sus reacciones sigue siendo un desafío crítico. Es donde se lleva a cabo la mayor parte del trabajo biológico, dice Renninger. Todavía nos queda un pequeño camino por recorrer, y ese pequeño camino es muy importante.
Si finalmente se comercializan, los biocombustibles de hidrocarburos fabricados por LS9 y Amyris podrían superar muchas de las desventajas económicas del etanol. A diferencia del etanol, los hidrocarburos se separan del agua durante el proceso de producción, por lo que no es necesario un paso de destilación que requiera mucha energía. Y los biocombustibles de hidrocarburos podrían enviarse por oleoductos existentes. Todo se trata de costos, dice Robert Walsh, presidente de LS9. Pero un factor crítico será el precio de la materia prima, dice. Queremos azúcares muy baratos.
De hecho, las nuevas empresas de biología sintética enfrentan el mismo problema que enfrentan los productores establecidos de etanol: el maíz no es una fuente barata de biocombustibles. La próxima generación [de materia prima] será celulósica, dice John Melo, director ejecutivo de Amyris. Pero no estamos seguros de qué tecnología celulósica resultará ganadora. Independientemente de la tecnología que prevalezca, dice Melo, Amyris espera poder incorporarla a su proceso de fermentación, lo que le da a la empresa las ventajas de las materias primas celulósicas baratas y los combustibles de hidrocarburos prácticos.
Sin embargo, por ahora, la falta de una alternativa al maíz está expulsando a Amyris del país. La empresa, que planea modernizar las plantas de etanol existentes para que puedan producir hidrocarburos, inicialmente trabajará con instalaciones brasileñas de biocombustibles que utilizan caña de azúcar como materia prima. Dado el precio del maíz y la cantidad de energía necesaria para producirlo, dice Melo, la caña brasileña ofrece la forma más viable y sostenible de producir biocombustibles en la actualidad.
Sin elección
Incluso en una cultura de Silicon Valley que venera a los capitalistas de riesgo exitosos, Vinod Khosla tiene un lugar especial de honor. Cofundador de Sun Microsystems a principios de la década de 1980, Khosla se unió más tarde a la firma de capital de riesgo Kleiner Perkins Caufield and Byers, donde a fines de la década de 1990 y principios de la de 2000 se ganó la reputación de ignorar el entusiasmo de las punto com en favor de una serie de nuevas empresas esotéricas. en el campo mucho menos glamoroso de las redes ópticas. Cuando varias de las nuevas empresas se vendieron por miles de millones de dólares a grandes empresas que preparaban su infraestructura para el boom de Internet, Khosla se convirtió, en palabras de un titular recalentado de la época, el capital de riesgo número uno del planeta.
En estos días, Khosla, quien ahora se encuentra entre las personas más ricas del mundo (Forbes 400 lo enumera en 317, con un patrimonio neto de $ 1.5 mil millones), está invirtiendo la mayor parte de sus inversiones en energías alternativas. Cuenta entre su cartera de empresas más de una docena de nuevas empresas de biocombustibles: empresas de biología sintética LS9 y Amyris, empresas de celulosa como Mascoma y empresas de etanol de maíz como Cilion, con sede en Goshen, CA. Pero llamar a Khosla simplemente un inversor en biocombustibles subestimaría enormemente su participación. En los últimos años, se ha convertido en uno de los principales defensores de la tecnología en el mundo, promoviendo sus virtudes y debatiendo libremente a los detractores ( ver Preguntas y respuestas, marzo / abril de 2007 ).
Khosla parece exasperado por los detractores de los biocombustibles. El cambio climático, dice, es, con mucho, el mayor problema que impulsa su interés en los biocombustibles. Si queremos frenar el cambio climático y disminuir el consumo de gasolina, no existen alternativas al uso de biocombustibles celulósicos para el transporte. La biomasa es la única materia prima en cantidades suficientes para reemplazar de manera rentable el petróleo, dice. No existe nada más. Los vehículos híbridos y eléctricos, agrega, son solo juguetes.
En particular, argumenta Khosla, cualquier tecnología de transporte debe competir en China e India, los mercados automotrices de más rápido crecimiento en el mundo. No es gran cosa vender un millón de aparatos eléctricos enchufables en un lugar como California, dice. La dificultad es vender un vehículo híbrido de 20.000 dólares en India. No hay maldita posibilidad. Y cualquier tecnología que no sea adoptada por China e India es irrelevante para el cambio climático, dice. Los ecologistas no se centran en la escalabilidad. Si no puede ampliarlo, es solo un juguete. De ahí la necesidad de biocombustibles. De ahí los biocombustibles a partir de biomasa.
En una serie de artículos de opinión publicados en el sitio web de Khosla Ventures, una empresa que fundó en 2004 y que ha invertido mucho en biocombustibles y otras tecnologías ambientales, Khosla prevé que la producción de biocombustibles aumente rápidamente durante los próximos 20 años. Según sus cifras, la producción de etanol de maíz se estabilizará en 15 mil millones de galones al año para 2014, pero el etanol celulósico aumentará de manera constante, llegando a 140 mil millones de galones para 2030. En ese momento, predice, los biocombustibles serán lo suficientemente baratos y abundantes como para Reemplace la gasolina para casi todos los propósitos.
Si bien Khosla reconoce fácilmente las limitaciones del etanol derivado del maíz, dice que ha sido un trampolín importante: el mercado del etanol de maíz ha creado una infraestructura y un mercado para los biocombustibles en general, eliminando muchos de los riesgos comerciales de invertir en etanol celulósico. . La razón por la que me gusta [el etanol de maíz] es que su trayectoria conduce al etanol celulósico, dice. Sin etanol de maíz, nadie invertiría en celulósicos.
Pero en el Medio Oeste, hay una actitud de 'muéstrame' hacia tales proyecciones de cielo azul, y persisten preguntas sobre cómo la vasta infraestructura agrícola de la nación cambiará a la biomasa. Si las proyecciones de Khosla se prueban, entonces maravilloso, dice Runge de la Universidad de Minnesota. Mientras tanto, estamos atrapados en la realidad. Quizás el principal punto de discusión, sugiere Runge, es si el etanol de maíz de hecho conducirá a nuevas tecnologías o se interpondrá en su camino. En mi opinión, el etanol de maíz es una barrera para la conversión a celulósicos, dice, señalando la inercia causada por intereses políticos y comerciales fuertemente invertidos en etanol de maíz y su infraestructura.
Runge no está solo en su escepticismo. A menos que el costo se reduzca significativamente, el etanol celulósico no va a ninguna parte, dice Wally Tyner, profesor de economía agrícola en la Universidad de Purdue. Hacer viable el etanol celulósico requerirá un mecanismo de políticas para alentar la inversión en nuevas tecnologías o un avance fenomenal, y la probabilidad de que eso no sea demasiado alta, dice Tyner. Los agricultores y productores de etanol no tienen actualmente ningún incentivo para asumir los riesgos de cambiar las tecnologías, agrega. No existe un puente de políticas que ayude a hacer la transición. El status quo no lo hará.
A pesar de las marcadas diferencias de opinión, todavía hay algo en común entre personas como Khosla, cuya fe desenfrenada en la innovación se ha nutrido de los éxitos de Silicon Valley, y los habitantes del Medio Oeste, cuyo pragmatismo fue forjado por la economía competitiva de la agricultura. En particular, la mayoría de los observadores están de acuerdo en que la producción anual de etanol derivado del maíz se estabilizará en unos pocos años. Después de eso, cualquier crecimiento en la producción de biocombustibles deberá provenir de nuevas tecnologías.
Pero si los biocombustibles celulósicos van a comenzar a reemplazar la gasolina dentro de cinco a diez años, las instalaciones deberán comenzar a construirse pronto. Este otoño, Range Fuels, una empresa con sede en Broomfield, CO, anunció que había comenzado a trabajar en Georgia en lo que, según afirma, es la primera planta de etanol celulósico a escala comercial del país. La instalación de Range, que utilizará tecnología termoquímica para producir etanol a partir de astillas de madera, está programada para alcanzar una capacidad de 20 millones de galones en 2008 y, finalmente, aumentar a 100 millones de galones por año. Mientras tanto, Mascoma ha anunciado varias unidades de demostración, incluida una instalación en Tennessee que será la primera planta de etanol celulósico construida para utilizar pasto varilla. Pero estas plantas de producción están subsidiadas por el gobierno federal o son el resultado de asociaciones con organizaciones estatales de desarrollo; atraer inversión privada para la producción a escala comercial será otro asunto.
De hecho, aumentar la capacidad de producción de etanol celulósico será un desafío enorme y arriesgado, dice Colin South, presidente de Mascoma. Cuando la gente habla del etanol celulósico como si fuera una industria, es una representación injusta, dice. Hay varias plantas piloto, pero ninguna ha salido de la escala piloto. Todavía tenemos que demostrar que realmente podemos ejecutarlos en forma de una planta química en funcionamiento. South dice que Mascoma espera comenzar la construcción de una planta comercial en 2009 y tenerla en funcionamiento a principios de 2011. Pero agrega que la compañía sólo procederá cuando las cifras sean lo suficientemente buenas.
Sin embargo, quizás el número más crucial sea el precio del petróleo crudo. Si se mantiene alta, la producción de etanol celulósico podría volverse económicamente competitiva mucho antes. Pero pocas personas, y mucho menos los inversores que arriesgarían cientos de millones de dólares en nuevas plantas, están dispuestas a aceptar esa apuesta. Muchos recuerdan a fines de la década de 1970, cuando el gobierno federal asignó aproximadamente mil millones de dólares para financiar la investigación relacionada con la biomasa, solo para abandonarla cuando los precios del petróleo crudo cayeron a principios de la década de 1980. Y aunque el precio del barril de crudo rondaba los 90 dólares este otoño, y los precios de la gasolina al por mayor alcanzaron los 2,50 dólares el galón, los expertos en biocombustibles dicen que no pueden contar con precios tan altos. Muchos productores de biocombustibles de próxima generación dicen que quieren ser competitivos con el petróleo crudo a unos 45 dólares el barril para garantizar la viabilidad a largo plazo en el mercado.
De hecho, los anuncios sobre nuevas plantas de etanol celulósico tienden a ocultar el hecho de que la tecnología aún no es económicamente viable. Gregory Stephanopoulos, profesor de ingeniería química en el MIT, se describe a sí mismo como muy optimista sobre el futuro de los biocombustibles. Pero incluso él se apresura a agregar que se necesitarán otros 10 años para optimizar los procesos de producción de biocombustibles celulósicos. Entre muchos otros problemas, dice, está la necesidad de microbios más robustos y versátiles para producirlos.
En una pequeña sala de conferencias fuera de su oficina, Stephanopoulos saca un lápiz y papel y comienza a dibujar una serie de círculos. Se puede imaginar, dice, una biorrefinería rodeada de fuentes de diferentes tipos de biomasa. Conecta los círculos en un punto central, haciendo líneas como los rayos de una rueda. Podría, continúa, imaginar conductos de estas fuentes. ¿Qué pasaría si la biomasa se tratara y se canalizara a la biorrefinería como una lechada? Stephanopoulos sería el primero en reconocer que una infraestructura tan ambiciosa tardaría años en implementarse, y que la idea plantea numerosas cuestiones técnicas y de ingeniería. Pero durante el resto de la entrevista, el dibujo permanece pacientemente sobre la mesa, un simple objetivo.