Microorganismos y proteínas al servicio de las energías renovables

El continuo incremento en la demanda energética a escala mundial junto con la fuerte dependencia de los combustibles derivados del petróleo en el sector del transporte, hacen necesaria la búsqueda de alternativas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Durante los últimos años, la comunidad científica ha centrado numerosos esfuerzos en obtener energías renovables eficientes y que generen un mínimo impacto medioambiental. Entre las diversas fuentes para la obtención de energías renovables (eólica, solar, hidráulica, etc.), la biomasa lignocelulósica, como la paja de trigo o el ramón de olivo, constituye una materia prima muy abundante y barata, ya que actualmente son considerados como residuos

 Autor: [David Moreno-Instituto IMDEA Energía]

 La lignocelulosa es el componente principal de la pared celular de las plantas y a partir de ella se pueden obtener diversos biocombustibles sólidos (pellets), líquidos (bioetanol) o gaseosos (metano). Entre ellos, la producción de bioetanol representa una opción prometedora para la sustitución de los combustibles fósiles a medio-corto plazo.

 En la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica, los componentes azucarados, mayoritariamente glucosa, son convertidos en alcohol etílico mediante un proceso de fermentación. Sin embargo, esta conversión no puede llevarse a cabo de forma directa, ya que la estructura de la lignocelulosa es muy compleja y difícil de degradar. En este contexto, las etapas de pretratamiento e hidrólisis previas a la fermentación, son necesarias para aislar los residuos azucarados del resto de los componentes y facilitar su posterior transformación.

 La fermentación es un proceso extensamente conocido, debido a su aplicación en la fabricación de cerveza, vino, etc., y son microorganismos como las levaduras o algunas bacterias los encargados de llevarlo a cabo. Sin embargo, ¿qué pueden hacer ciertos microorganismos y algunas de las proteínas que sintetizan en los procesos de pretratamiento e hidrólisis durante la producción de etanol lignocelulósico?

 En relación al pretratamiento, es cierto que se han desarrollado diversas tecnologías que emplean métodos químicos o físicos que pueden aplicarse con este fin, pero al contrario que éstos, los métodos biológicos son más respetuosos con el medio ambiente, generan pocos derivados tóxicos, tienen unas condiciones de reacción moderadas y requieren poca energía. En este sentido, algunas bacterias y hongos basidiomicetos están siendo estudiados debido a sus propiedades para la desestructuración de los materiales lignocelulósicos. La actividad catalítica de estos microorganismos radica en la producción y secreción de ciertas enzimas, como las lacasas o las peroxidasas, que les confiere la capacidad para degradar la estructura lignocelulósica quedando al descubierto los polímeros de celulosa. Desafortunadamente, esto no es suficiente para poder realizar la fermentación. Además, la principal desventaja de estos procesos es el largo período de tiempo que requieren.

 De esta manera, el siguiente paso en la producción de etanol es la hidrólisis de los polímeros de celulosa para obtener los azúcares fermentables. Este proceso también puede realizarse mediante métodos químicos o biológicos, y al igual que en el pretratamiento, la hidrólisis enzimática presenta ciertas ventajas: condiciones suaves de proceso, no genera subproductos tóxicos y los rendimientos finales son más altos. Para la hidrólisis enzimática se utilizan las proteínas purificadas a partir de hongos celulolíticos principalmente. Estas enzimas se denominan de forma general celulasas y comprenden tres actividades diferentes pero con acción sinérgica: endoglucanasa, exoglucanasa y β–glucosidasa. La principal desventaja de este proceso es que la producción y purificación de estas enzimas es bastante costosa y además, durante la hidrólisis, pueden inhibirse por el producto final, la glucosa.

 Una posibilidad que recientemente está bajo estudio, es la creación de microorganismos genéticamente modificados que incorporen las actividades descritas anteriormente para que los procesos de degradación, hidrólisis y fermentación tengan lugar de forma simultánea, obteniéndose un proceso de producción de etanol económicamente viable.

 A pesar de las ventajas descritas anteriormente, la producción de etanol lignocelulósico mediante procesos biológicos que únicamente utilicen microorganismos o sus proteínas, hoy en día necesita, al igual que cualquier otro proceso industrial, una optimización previa a su uso a gran escala.