Este compuesto tiene un interés creciente por su utilidad en la fabricación de fibras sintéticas, resinas de poliéster, pinturas, lubricantes, anticongelantes y cosméticos, entre otros
La creciente cantidad de residuos orgánicos generados, así como su tratamiento y disposición, son cuestiones que precisan una pronta solución debido a los impactos ambientales y riesgos a la salud que estos pueden causar.
El glicerol es un residuo generado en la producción de biodiesel. Se estima que el 10% de la materia de partida se libera como glicerol. A lo largo de los años, la producción mundial de biodiesel ha aumentado significativamente, con valores que pueden llegar hasta 42 millones de m3 en 2026 (OECD/FAO, 2017). Por lo tanto, a pesar de tener amplia aplicación como materia prima o en la formulación de numerosos compuestos, el volumen de glicerol generado no puede ser absorbido por la industria. Además, el elevado número de impurezas que le acompañan hacen difícil su utilización industrial.
La valorización del glicerol por medio de procesos biotecnológicos es una alternativa atractiva, ya que es posible su conversión mediante procesos de fermentación en compuestos con valor añadido, con un menor costo de implantación y operación en relación a procesos químicos.
El ‘1,3-propanodiol’ es uno de los productos de interés, ya que tiene múltiples aplicaciones: síntesis de polímeros (fibras sintéticas), aditivos aplicados en disolventes, adhesivos, resinas de poliéster, pinturas, lubricantes, anticongelantes, cosméticos, etc.
Producción industrial
Unos pocos microorganismos son capaces de utilizar el glicerol en ausencia de oxígeno, generando ácidos grasos de cadena corta, etanol, H2 y, entre otros, 1,3-propanodiol. Entre ellos se encuentran algunas enterobacterias (géneros Enterobacter, Escherichia, Citrobacter), bacterias del ácido láctico (Lactobacillus) y, especialmente, especies del género Clostridium.
Existen numerosos trabajos utilizando cultivos puros de algunas especies de los citados géneros (vg. K. pneumoniae, C. butyricum). A pesar de los buenos rendimientos y productividad, el uso de esos cultivos supone serios desafíos para la producción en gran escala, especialmente cuando se considera el uso de una materia prima no estéril, como el glicerol crudo, así como la necesidad de nutrientes específicos, el difícil acceso y la patogenicidad de algunas cepas.
Los biocombustibles se presentan como una alternativa cada vez más demandada al uso de combustibles fósiles. Entre ellos, la producción de biodiesel ha crecido significativamente a lo largo de los años. Sin embargo, cuanto más biodiesel se produce, mayor es la cantidad de glicerol residual, y con numerosas impurezas, que se genera. Por ello, el estudio desarrollado en la UAM utilizó un reactor anaerobio que contenía biopelículas complejas (microorganismos adheridos) en diversos soportes (en la imagen espumas de poliuretano) para convertir el glicerol en un producto de valor añadido ampliamente demandado por el mercado: el 1,3-propanodiol / UAM
Ante estas limitaciones, la utilización de cultivos mixtos presenta notables ventajas: mayor facilidad de control operativo, menores costes y capacidad de adaptación a cambios o condiciones adversas. Como inóculo, es posible utilizar lodos anaerobios de depuradoras (efluentes domésticos o industriales).
Partiendo de estas premisas, se ha desarrollado una Tesis doctoral en régimen de co-tutela entre la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE, Brasil). La mayor novedad de la misma radicó en promover la formación de biopelículas en diferentes medios soporte y su utilización en reactores anaeróbicos, puesto que la obtención de 1,3-propanodiol a escala industrial debe realizarse en sistemas continuos.
Actividad microbiana
En un artículo, publicado en 2019 en la revista Bioresource Technology, los investigadores presentaron los resultados utilizando una biopelícula desarrollada en una manguera de silicona, y su uso en un reactor anaeróbico de flujo ascendente derivado del clásico UASB (upflow anaerobic sludge bed), configuración (reactor + soporte con biopelícula) sumamente novedosa.
Se observaron cambios de la comunidad microbiana según se alimentara el reactor con glicerol puro (predominio absoluto de Clostridium) o crudo (reemplazo parcial por Klebsiella y Lactobacillus; inhibición de C. beijerinkii). Durante 155 días, la actividad microbiana mostró una conversión de glicerol en 1,3-propanodiol del 50%, incluso en pH fuera del rango óptimo y sin añadir reactivos para el control, lo que a gran escala supondría un menor coste.
Un estudio más reciente, publicado en 2020 en la revista Environmental Science and Pollution Research, se centró en el uso de espumas de poliuretano como medio soporte y un inóculo natural diferente para la obtención de un cultivo mixto adaptado a la conversión del glicerol en 1,3-propanodiol.
Se observó que las espumas de poliuretano favorecieron no solo el crecimiento, sino también la retención de biomasa (dominada por Clostridium) en el sistema. Los microorganismos consumieron el glicerol aplicado (91 - 100%) durante los 102 días de monitoreo, presentando un rendimiento entre 44 y 52% de 1,3-propanodiol.
Ambos trabajos demuestran que es posible convertir de forma eficiente un subproducto residual en un compuesto de valor añadido, mediante un procedimiento económicamente competitivo frente a los procesos químicos, lo que ayudaría a resolver un problema medioambiental y redundaría en los beneficios y costes del biodiesel.
Referencias bibliográficas:
Veras, S.T.S., Rojas, P., Florencio, L., Kato, M.T., Sanz, J.L., 2020. 1,3-Propanediol production from glycerol in polyurethane foam containing anaerobic reactors: performance and biomass cultivation and retention. Environmental Science and Pollution Research 76 https://doi.org/10.1007/s11356-020-10404-z
Veras, S.T.S., Rojas, P., Florencio, L., Kato, M.T., Sanz, J.L., 2019. Production of 1,3-propanediol from pure and crude glycerol using a UASB reactor with attached biomass in silicone support. Bioresource Technology 279, 140-148. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.01.125
