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Organismos diseñados para producir azúcar barata
En un intento por abaratar los biocombustibles, una startup llamada Proterro , con sede en Princeton, Nueva Jersey, está desarrollando una forma de reducir el costo de fabricación de azúcar, un componente básico del etanol. La compañía está diseñando microorganismos fotosintéticos para que secreten grandes cantidades de azúcar y está diseñando un biorreactor para hacer crecer los organismos utilizando pequeñas cantidades de agua.
Mini plantación de azúcar: Este prototipo de biorreactor construido por la startup Proterro se utiliza para cultivar microorganismos que secretan azúcar. Los microorganismos crecen en la tela en el centro del recipiente.
Los microorganismos fotosintéticos, como las algas, suelen ser apreciados por su capacidad para producir aceites. Proterro optó por centrarse en la producción de azúcar porque es la fuente de biocombustible etanol, y también es el punto de partida de nuevos procesos para fabricar otros tipos de biocombustibles.
Hoy en día, casi todo el azúcar para biocombustibles se elabora a partir de maíz o caña de azúcar, y varias empresas están desarrollando procesos para producir azúcar a partir de abundantes materiales celulósicos como pasto y astillas de madera. Pero como materia prima para producir biocombustibles, el azúcar sigue siendo demasiado caro, dice Kef Kasdin, director ejecutivo de Proterro. Solo el azúcar de la caña de azúcar es lo suficientemente barata como para tener sentido económico, y solo se puede cultivar a bajo costo en algunos lugares, como Brasil.
Los microorganismos de Proterro, un tipo de cianobacterias, pueden producir rendimientos mucho más altos de azúcar por acre que la caña de azúcar y otras fuentes convencionales, dice Kasdin. Las plantas de caña de azúcar usan agua y energía del sol para producir mucha biomasa que no es azúcar, y luego esa biomasa voluminosa tiene que ser transportada y el azúcar extraído, lo que contribuye a su costo. En el sistema de Proterro, una mayor parte del agua y la energía de la luz solar se dirige a la producción de azúcar en lugar de sustentar la biomasa, y los organismos no necesitan ser recolectados; en cambio, secretan continuamente azúcar en una forma que es fácil de usar para producir biocombustibles.
Los microbios de Proterro producen sacarosa de forma natural cuando el agua en la que crecen se vuelve demasiado salada; es un mecanismo de defensa para evitar que el agua sea succionada hacia el agua circundante a través de la ósmosis. La compañía ha identificado los genes que activan este mecanismo y diseñó los organismos para que lo activen. Los investigadores también han diseñado los organismos para que secreten el azúcar, lo que facilita su recolección. En los enfoques convencionales para fabricar combustibles utilizando algas o cianobacterias, los organismos deben recolectarse y deshidratarse; luego, el aceite o el azúcar se aíslan del resto de la biomasa, que es una de las razones por las que los combustibles de algas son costosos.
El crecimiento de cianobacterias y otros microorganismos fotosintéticos, como las algas, también suele requerir una gran cantidad de agua; se cultivan en estanques o en grandes recipientes transparentes llenos de agua. Proterro está desarrollando un nuevo biorreactor que no sumerge las cianobacterias en agua. En cambio, se cultivan en telas empapadas con agua mediante un sistema de alimentación por goteo. Los organismos no necesitan estar sumergidos, solo alimentados con un chorrito de agua, dice Kasdin.
El enfoque es similar al que está desarrollando Joule Unlimited, excepto que Joule ha diseñado sus organismos para producir combustible directamente. Kasdin dice que Proterro eligió un proceso que los organismos realizan de forma natural, que espera que los haga más fáciles de desarrollar y mantener. También dice que los biorreactores de bajo contenido de agua de Proterro también podrían reducir los costos en comparación con los de Joule, que sumergen los organismos en agua.
Proterro, que fue fundada en 2008 y ha recaudado $ 5 millones en fondos de riesgo, aún se encuentra en una etapa temprana. Se demostraron versiones diseñadas de las cianobacterias secretoras de azúcar y se hicieron prototipos de biorreactores. Pero todavía no está claro exactamente qué tan altos serán los rendimientos, o cuánta menos agua se usará que las formas convencionales de hacer azúcar, o incluso si puede hacer que el azúcar sea más barato de lo que se puede hacer con la caña de azúcar.
El hecho de que los organismos no necesiten mucha agua y puedan secretar el azúcar hace que la tecnología sea atractiva, dice Jianping Yu, científico del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado. Además, dice, ya se ha demostrado que las algas y las cianobacterias pueden producir altos rendimientos por acre. Pero dice que la empresa enfrentará muchos desafíos. El más grande proviene del hecho de que al secretar azúcar, los organismos crean un ambiente ideal para muchos otros organismos. Estos otros organismos podrían sofocar las cianobacterias, por lo que sería necesario limpiar los biorreactores con frecuencia y desarrollar nuevos lotes de cianobacterias. Eso haría que el sistema fuera demasiado caro.
Las empresas de biocombustibles que se apegan más a los procesos industriales establecidos tienen más posibilidades de éxito, dice Mark Bünger, director de investigación de Lux Research. El campo de los biocombustibles tiene muchos desafíos y Proterro está tratando de abordarlos todos a la vez. Es una apuesta grande y audaz.