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Fabricación de etanol a partir de astillas de madera
Pronto se probarán a escala de producción métodos experimentales para convertir astillas de madera y pasto en etanol. Mascoma Corporation , con sede en Cambridge, MA, está construyendo instalaciones de demostración que tendrán la capacidad de producir alrededor de medio millón a dos millones de galones de etanol al año a partir de biomasa residual. La puesta en marcha recibió recientemente $ 30 millones en dinero de capital de riesgo, lo que está impulsando sus planes de ampliación.
La investigación de Lee Lynd, profesor de ingeniería en Dartmouth College y cofundador de Mascoma Corporation, está ayudando a reducir el costo de producción de etanol a partir de fuentes celulósicas como tallos de maíz y astillas de madera.
Si bien Mascoma no ha logrado su objetivo final de utilizar un solo organismo modificado genéticamente para convertir astillas de madera y otras materias primas celulósicas en etanol, la empresa ha desarrollado bacterias modificadas genéticamente que pueden acelerar parte del proceso de producción de etanol. El proceso optimizado es lo suficientemente prometedor como para invertir en la ampliación de la tecnología, dice Colin South, presidente de Mascoma.
El grano de maíz, la fuente actual de etanol en los Estados Unidos, requiere grandes cantidades de tierra y energía para producir. Esto, junto con la demanda de maíz como alimento, limita la cantidad total de etanol que se puede producir a partir del maíz a aproximadamente 15 mil millones de galones al año, aproximadamente tres veces lo que se produce actualmente. Si el combustible va a suplantar una fracción considerable de los 140 mil millones de galones de gasolina que se consumen cada año en los Estados Unidos, los productores de etanol deberán recurrir a biomasa como astillas de madera y pasto varilla. Estos recursos son más baratos y potencialmente mucho más abundantes, y se pueden convertir en etanol de manera mucho más eficiente que el maíz porque requieren menos energía para crecer (ver Rediseño de la vida para producir etanol).
De hecho, el etanol de tales fuentes podría reemplazar una fracción muy grande de la gasolina que se usa actualmente para los vehículos, dice Gregory Stephanopoulos, profesor de ingeniería química en el MIT. Él dice que algunos expertos estiman que con ganancias en eficiencia y altos rendimientos de etanol, se podría reemplazar toda la gasolina para el transporte; las estimaciones más conservadoras dicen que alrededor del 20 por ciento podría ser reemplazado. Con la esperanza de capitalizar este potencial, un puñado de empresas, incluidas Celunol , en Dedham, MA; Iogen , en Ottawa, Canadá, que tiene una planta a escala de demostración existente y planea escalar a producción comercial; y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), en Golden, CO, están trabajando para desarrollar una mejor tecnología para fabricar etanol celulósico.
A pesar de su potencial, el etanol celulósico es caro de fabricar en la actualidad. Requiere equipos más costosos y más pasos de procesamiento que la producción de etanol a partir de granos de maíz. Si bien tanto el maíz como el etanol celulósico se crean fermentando azúcar, convertir el almidón del grano de maíz en azúcar es mucho más fácil que convertir la celulosa compleja en tallos de maíz o biomasa como las astillas de madera. Para simplificar el proceso y reducir los costos, muchos investigadores esperan finalmente diseñar un solo organismo que pueda descomponer la celulosa y convertir los azúcares resultantes en etanol. Pero la investigación ya está mejorando partes del proceso. Por ejemplo, los investigadores han creado un cóctel de enzimas para convertir la celulosa en azúcar que es cien veces más barato que los métodos anteriores, dice George Douglas, portavoz del NREL.
Mascoma se está enfocando en mejorar los primeros pasos del proceso, pretratar las materias primas y convertir la celulosa en azúcares, que South dice que son clave para reducir costos. En la etapa de pretratamiento convencional, los materiales como las astillas de madera se sumergen en una solución diluida de ácido sulfúrico y luego se calientan. Esto rompe las complejas estructuras de lignina que forman un escudo alrededor de la celulosa, dice Charles Wyman, cofundador de Mascoma y profesor de ingeniería química y ambiental en la Universidad de California, en Riverside. La investigación de Wyman ha analizado los mecanismos involucrados en este proceso, ayudando a la empresa a optimizar este paso. Mascoma también ha desarrollado tecnología para mejorar el siguiente paso: descomponer la celulosa ahora accesible en azúcares mediante el uso de enzimas producidas por organismos. En la última parte del proceso, estos azúcares se fermentan para producir etanol.
Wyman estima que la tecnología de la empresa podría producir etanol por aproximadamente el mismo costo que producir etanol a partir del maíz y, finalmente, por menos dinero. Esta sería una mejora significativa con respecto a otras tecnologías. Un análisis de costos en una planta piloto de NREL, por ejemplo, sugiere que producir etanol celulósico costaría más de dos dólares el galón, aproximadamente el doble del costo de producir etanol de maíz. Pero incluso los investigadores de NREL confían en que este costo se reducirá a la mitad y cubrirá los costos de etanol de maíz en seis años, dice Douglas.
Sin embargo, todavía faltan muchos años para producir suficiente etanol para reemplazar una fracción significativa del consumo de gasolina. Requerirá seguir mejorando tanto la tecnología como los procesos industriales, incluidos los desafíos que conlleva el manejo de grandes cantidades de biomasa voluminosa. Definitivamente no hemos llegado todavía, dice Stephanopoulos del MIT. Los procesos de hoy son claramente antieconómicos.
Pero Douglas dice que los investigadores son optimistas de que la financiación continua y la aplicación de nuevas herramientas harán posible el etanol celulósico generalizado: las vías son bastante claras.