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Revista el Federal - Ciencia y Tecnología - nota

Utilización de microalgas en el desarrollo de biocombustibles

Investigadores del CONICET trabajan en la optimización de procesos de producción de biocombustibles y biocompuestos de alto valor agregado.

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Los biocombustibles son una fuente de energía renovable y producen menos emisiones de dióxido de carbono (uno de los principales gases de efecto invernadero) que los combustibles fósiles.

María Soledad Díaz, investigadora principal del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en la Planta Piloto de Ingeniería Química (PLAPIQUI, CONICET-UNS), donde dirige el Área de Bioprocesos, desarrolla estrategias de programación matemática avanzada para la producción sustentable de biocombustibles, hasta modelos intracelulares detallados de los microorganismos utilizados en la producción de estos. 

La idea es mejorar los rendimientos, minimizar el consumo energético y maximizar los beneficios. Uno de los principales ejes de investigación de este equipo es el estudio de los procesos de producción de etanol y biodiésel a partir de cianobacterias y microalgas, respectivamente. Ambas realizan fotosíntesis oxigénica, es decir captan CO2 de la atmósfera como sustrato y utilizan luz solar para producir compuestos orgánicos, liberando oxígeno al ambiente. Además, destaca que esto es interesante porque la producción de biocombustibles se podría acoplar a fuentes de emisión de dióxido de carbono de distintas industrias, ya que este da lugar al crecimiento de estos microorganismos sin requerir el uso de sustratos orgánicos que pueden competir con la alimentación como granos o caña de azúcar, entre otros.

Trabajamos con una cepa de cianobacteria modificada genéticamente para producir etanol, desarrollada por un grupo de la Universidad de Sevilla, en España. Nosotros modelamos su red metabólica, es decir todo el conjunto de reacciones que ocurren dentro del microorganismo. Después de hacer pruebas experimentales con el grupo de investigación español, desarrollamos y ajustamos un modelo integrado de la red metabólica a escala genómica y del fotobiorreactor donde se cultivan las cianobacterias, para establecer estrategias para mejorar el rendimiento en la producción de etanol”, detalla Díaz.

La idea es mejorar la producción de etanol no sólo modificando las condiciones en las que se realizan estos procesos biotecnológicos, sino también la configuración de la red metabólica en el transcurso de la fermentación. A los efectos prácticos, en esas cianobacterias modificadas los genes implicados en la producción de etanol se activan ante la presencia de cobre en el medio de cultivo. Los modelos matemáticos desarrollados en el grupo permiten determinar, entre otras cosas, el momento óptimo para el agregado de cobre.

Los aceites que se extraen de algunas especies de microalgas se transesterifican para producir biodiesel, y en este proceso se obtiene glicerol como subproducto. Para agregarle valor a este último, se lo puede utilizar como materia prima para producir un biopolímero llamado polihidroxibutirato (PHB) que es apto para aplicaciones en el área médico-farmacéutica como filamentos de suturas, portadores de drogas y generación de soportes para el crecimiento celular. A su vez, la misma especie de microalgas produce un compuesto de alto valor económico llamado astaxantina que se usa como pigmento. La investigadora propone desarrollar modelos matemáticos de biorrefinerías integradas para reducir el elevado costo de producción de biodiésel acoplando la producción del biocombustible a la de estos dos productos de gran valor agregado.

“El rendimiento por hectárea de microalgas y cianobacterias es muy superior al de los cultivos tradicionales, por lo que podrían instalarse fotobioreactores o estanques en zonas marginales, no aptas para la agricultura. De todas maneras, tanto los microorganismos como los procesos deben mejorar su eficiencia para ser económicamente viables. Y en ese sentido, los modelos matemáticos pueden ser de gran utilidad”, asegura la investigadora.

El grupo de investigación desarrolla también modelos de calidad de agua con el objetivo de restaurar cuerpos de agua dulce. En la ciudad de Bahía Blanca, el embalse que provee agua para consumo humano presenta proliferaciones recurrentes de cianobacterias, que son potenciales productoras de toxinas.