La biomasa vegetal como sustituto del petróleo

Si pregunto por las sustancias más abundantes en la corteza de este planeta, seguramente me responderán con una serie de nombres de compuestos inorgánicos: dióxido de silicio, óxidos de hierro y de aluminio, agua, cloruro de sodio, óxidos y sales de calcio…

Los compuestos inorgánicos tienen aplicaciones esenciales para nuestra vida; qué duda cabe. No podríamos vivir sin agua o sin iones fundamentales como el ion sodio y el ion potasio. Y, además de nuestras necesidades fisiológicas, el mundo actual no sería lo mismo sin el amoniaco o sin el ácido sulfúrico, compuestos de producción masiva, fundamentales en el desarrollo técnico, económico y demográfico en la Edad Contemporánea. Son inorgánicos el vidrio, el cemento, el yeso, el acero y otros de los materiales más comúnmente utilizados.

Evidentemente, los compuestos inorgánicos no valen para todo. No conozco ningún ser vivo que pueda alimentarse exclusivamente de sales minerales. He oído hablar de microorganismos anaerobios que no necesitan O2 (bacterias metanogénicas, por ejemplo), pero no he tenido el placer de conocer a alguno que pueda vivir sin una fuente de carbono. Y estoy hablando de los compuestos orgánicos.

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El film de “plástico biodegradable” no es la solución

Hace dos semanas, asistí a un curso en Coímbra (Portugal) sobre caracterización de partículas y flujo multifásico. Si bien dicho tema tiene evidentes aplicaciones medioambientales (separación de partículas, p. ej.), quería tratar aquí otro tema: el hecho de que, en el supermercado, te empaqueten sistemáticamente cada artículo (excepto si son artículos pequeños) en una bolsa de plástico biodegradable. A veces, que sea biodegradable no quiere decir que sea maravilloso.

En efecto, el residuo que resulta del abandono de la bolsa no persiste en el medio ambiente durante tanto tiempo como una bolsa de polietileno de alta densidad (convencional). Pero, por otro lado, estas bolsas se utilizan para un solo uso.

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La clave no está tanto en la biodegradabilidad del residuo abandonado, como en la minimización de ese abandono. Se contamina el medio ambiente desde la propia extracción de materias primas y, en el caso de las bolsas biodegradables de un solo uso, esta contaminación no es poca cosa.

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La transición a un sistema sostenible

El uso del adjetivo sostenible adquiere uno u otro significado según el contexto. Habitualmente, se refiere al aspecto ecológico, esto es: un equilibrio entre la tasa de utilización de recursos no renovables y tasa de generación de residuos y emisiones contaminantes. Otras veces, empleamos este término para referirnos a un conjunto de políticas económicas -por antonomasia, las políticas sociales o de bienestar. Por ejemplo, es común hablar de la sostenibilidad o insostenibilidad del Estado del Bienestar.

Pero, cuando hablamos de la sociedad sostenible, nos referimos a una sociedad que es sostenible en todos los aspectos posibles.

En el aspecto ecológico, cumple las reglas de Daly.reglas daly

En el aspecto social, cultural y axiológico (valores), sostenible es una sociedad pacífica e ilustrada que, sin la amenaza de caer en la conflictividad y el enfrentamiento, tampoco cae en el estancamiento. En un mundo en el que nada hay más real que el cambio, nada hay más insostenible que el estancamiento.

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La decisión socialdemócrata

Una vez más, la participación en las Elecciones al Parlamento Europeo ha sido decepcionantemente baja. En los países del Este, concretamente, ha sido bajísima, a excepción del caso grego. Si bien muchos ciudadanos son conscientes de que dicho Parlamento no tiene tanto poder de decisión como otras instituciones menos democráticas, no es menos cierto que se han presentado algunas candidaturas con la intención de cambiarlo.

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Barco pescador en la laguna de Tam Giang Hue. Pixabay.

En Grecia, por cierto, con una de las tasas de participación más altas, ha triunfado la Coalición de la Izquierda Radical (Syriza), liderada por Alexis Tsipras.

Los ciudadanos europeos festejan la derrota de las políticas de austeridad.

A menudo, los medios exageran el euroescepticismo de Syriza. Es una coalición en buena parte formada por partidos comunistas, pero no es antieuropea.

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Un partido para la sostenibilidad, la prosperidad y la transparencia

El día 25 tienen lugar los comicios de las Elecciones al Parlamento Europeo en España, Portugal, Italia, Alemania, Suecia y, en definitiva, en la mayoría de países miembros de la U.E. En el Reino Unido y en Bélgica, fue el pasado 22 de mayo. Además, en Reino Unido las Europeas coinciden con las Municipales.

Incluso los resultados de las votaciones ya realizadas (ingleses y neerlandeses) deberá esperar al domingo por la noche. No habrá resultados hasta que cierre el último colegio electoral (Italia, 23:00). No obstante, sabemos que la participación ha sido baja, y que el auge de los llamados euroescépticos es muy probable.

Los países miembros, por colores según fecha de votación. ArnoldPlaton.

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Necesaria, pero no suficiente

La producción de energía y la manufactura de bienes en los países industrializados emiten ciertas sustancias a tasas superiores a su tasa de asimilación natural, y hacen uso de ciertos recursos indispensables a tasas superiores a las de su regeneración.  Es decir: no se cumplen aún las reglas de Daly. Demandamos diariamente tantos productos y tanta energía que uno debe preguntarse: ¿tal vez deberíamos demandar un poco menos? O un corolario: ¿deberían ofrecernos menos?

¿O, quizás, la tecnología, junto con el mercado, resolverá este problema de forma más o menos espontánea?

En efecto, la tecnología ha ido consiguiendo, cada vez, una mayor eficiencia:

  • un menor consumo relativo de materia prima por kilogramo de producto final;
  • un menor consumo de combustible por gigajulio de energía (eficiencia energética). La cantidad de contaminantes emitidos también ha ido reduciéndose;
  • descubrimiento de nuevos procesos o nuevas materias primas que resultan en una menor contaminación.

Parque eólico en Texas. Fotografía: Leaflet.

Pero, aun así, la tecnología no es suficiente. Alguien podría argüir que, si se trata de que la tasa de utilización sea menor que la tasa de regeneración, la tecnología también puede incrementar esa última tasa (regeneración natural + regeneración artificial). Pero, desde luego, en prácticamente cualquier caso que se me ocurre, es mucho más fácil, viable, barato y sin consecuencias perniciosas el minimizar esa utilización: el consumir menos agua, el consumir menos energía, etc.

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De la biomasa lignocelulósica hacia el etanol

La obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica tiene, al menos, cuatro etapas fundamentales: pretratamiento, sacarificación, fermentación y separación. La fermentación y la separación selectiva de etanol son comunes a los procesos que parten del almidón, pero obtener azúcares de la celulosa con buen rendimiento económico es un desafío bastante mayor que obtener azúcar de una patata.

 

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Planta de etanol y azúcar en Brasil. El principal residuo de la caña de azúcar es el bagazo. Fotografía: Mariordo.

 

En la biomasa vegetal podremos encontrar, fundamentalmente, α-celulosa, hemicelulosa, lignina, cenizas, sales y sílice.

La α-celulosa está constituida por monómeros de celobiosa unidos por enlaces β–glucosídicos. A su vez, la celobiosa es un disacárido que consta de dos moléculas de glucosa. La hemicelulosa, por otra parte, tiene una estructura más compleja, encontrando hexosas y pentosas sin un orden definido, además de múltiples ramificaciones. Su aprovechamiento para producir azúcares sencillos y fermentables, no obstante, es igualmente posible: arabinosas, xilosas, además de, también aquí glucosas. Si bien el producto principal de la sacarificación es una mezcla de celobiosa, glucosa, xilosa y, en menor medida, otros monosacáridos y disacáridos, también se da lugar a productos que son fruto de una hidrólisis incompleta: celotriosas, celotetrosas, etc.

Los demás componentes, lamentablemente, no resultan en azúcares fermentables.

El pretratamiento de la biomasa lignocelulósica se alza como una etapa importantísima y que, con razón, suscita muchísimo interés en la investigación. Los métodos seguidos deben separar o degradar los compuestos no deseados, pero sin degradar los carbohidratos a compuestos no fermentables o, peor aún, tóxicos para los microorganismos alcoholizantes. Y, además, deben llevarse bien con el medio ambiente: ¿qué sentido tendría fabricar etanol con un fin medioambiental, si en el proceso contaminas más que produciendo gasolina? Esto invalida opciones de tratamiento con compuestos de azufre o de cloro que generen mercaptanos o efluentes con compuestos halogenados. Algunas posibilidades son: agua muy caliente, ácidos muy diluidos, amoniaco concentrado, etanol, etc.

Se entiende por sacarificación el proceso consistente en obtener oligosacáridos a partir de polisacáridos, fundamentalmente la celulosa. En la obtención de bioetanol desde celulosa, la sacarificación es la etapa previa a la fermentación: su objetivo es obtener azúcares fermentables. La obtención de biocombustibles no es la única utilización posible de esos oligosacáridos: también pueden ser empleados en la preparación de disolventes, en fármacos y productos alimenticios, y en la manufactura de bioplásticos, como el ácido poliláctico.

 

Henri Braconnot, químico, farmacéutico y botánico francés. La sacarificación de materiales lignocelulósicos no fue su único descubrimiento.

El primer proceso conocido de sacarificación de celulosa data de 1819, y fue llevado a cabo por H. Braconnot. Desde entonces, se han propuesto y ensayado centenares de métodos de hidrólisis de celulosa, empleando toda clase de agentes: ácidos, álcalis, oxidantes, microorganismos, enzimas, catalizadores heterogéneos, etc. Sin embargo, muchos procesos que obtienen grandes resultados a escala de laboratorio, cuando se ensayan a escala industrial, dan lugar a rendimientos muy inferiores. Actualmente, hay dos clases de métodos que destacan por distinto motivo:

  • los tradicionales procesos de sacarificación con ácidos, con un recorrido y una vigencia de nada menos que 195 años, aún relevantes en la actualidad;
  • los más novedosos bioprocesos de sacarificación con enzimas y/o con microorganismos, que en los últimos años están centrando el interés de investigadores y productores de bioetanol.

Una vez hemos conseguido tener una gran cantidad de pequeños sacáridos, sobre todo glucosa, en el medio de reacción, entra en juego el mejor amigo del hombre. No, el mejor amigo del hombre no es el perro. Nuestros mejores amigos son los hongos (levaduras, concretamente) y las bacterias que, en su proceso metabólico, toman azúcares como sustrato y desprenden etanol. Por ejemplo, la levadura S. cerevisiae. Así ha sido desde que el hombre descubrió cómo hacer cerveza y distintos tipos de bebidas alcohólicas. En la actualidad, claro está, el alcohol etílico tiene más fines, y uno de ellos es proporcionar energía de forma mucho más limpia que un combustible fósil.

 

S. cerivisiae, a sus anchas en su medio de cultivo.

Blog del Dr. Roberto Aguado: ing. químico, novelista amateur, divulgador amateur, opinante amateur