Cinvestav Guadalajara lidera trabajos para producir bioetanol y biobutanol
Por Montserrat Muñoz
Guadalajara, Jalisco. 24 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Científicos del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Guadalajara, buscan desarrollar la tecnología para crear bioetanol de cuarta generación y biobutanol de segunda generación en un lapso de cuatro años, que sería utilizado en el sector de autotransportes, es decir, en combustibles.
Las biomasas utilizadas para este proyecto serán el rastrojo de maíz, bagazo de caña, paja de trigo y bagazo de agave. Las tres primeras obedecen a las cantidades de estos residuos en la producción agrícola mexicana, en tanto que el bagazo de agave corresponde a una necesidad de la zona principalmente del estado de Jalisco, donde se genera este desecho por la producción de la industria tequilera.
El proyecto es liderado por el doctor Arturo Sánchez Carmona, investigador del Cinvestav Guadalajara, quien trabajará en coordinación con nueve grupos de investigadores mexicanos, así como con cuatro grupos extranjeros.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Sánchez Carmona reconoció el atraso en la escala global que tiene México en el uso de biotecnologías. “Todo el mundo ya está utilizando bioetanol, países como Estados Unidos, Canadá, Bolivia, Colombia, Chile, Uruguay, por mencionar algunos. Por eso es urgente que México desarrolle esta tecnología”, reconoció el investigador, quien sostuvo que el rezago comparado con Brasil es de al menos medio siglo.
El proyecto fue asignado al Cinvestav a finales de 2015, mas el también miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) reconoció que existe al menos una década de trabajo en esta línea de investigación, lapso en el que se han fortalecido lazos con distintas unidades académicas tanto dentro como fuera del país, quienes ahora están relacionados directamente en el proyecto.
El Centro Mexicano de Innovación en Energía (Cemie) es el encargado de administrar los proyectos de los cuales forma parte el de bioalcoholes, grupo denominado Cemie-Bio, que ha establecido un periodo de cuatro años de trabajo para entregar los resultados antes mencionados. Para fines de esta investigación, se ha dividido el tiempo en dos periodos de dos años con metas específicas.
En la primera mitad se producirá bioetanol de segunda generación, proyecto en el cual ya se lleva parte del camino andado y se encuentra en la etapa de escalar las cantidades producidas a cientos de litros, así como en la fabricación de un reactor de pretratamiento de biomasa. El objetivo es entregar paquetes tecnológicos comprobados y replicables para que empresas u organismos interesados en realizar la producción de bioetanol sean capaces de lograrlo en su totalidad de manera independiente, y que encuentren en el clúster un soporte técnico para lograrlo.
La segunda mitad del proyecto se enfocará en trabajar en bioetanol de cuarta generación a través de una bacteria que ya desarrolla un equipo del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (Ipicyt), así como biobutanol de segunda generación, que actualmente no se ha desarrollado en el mundo pero que resulta más novedoso, compartió el investigador.
Líneas de investigación
El trabajo coordinado de investigadores, tanto de institutos nacionales como extranjeros, ha derivado en la siguiente segmentación de 12 líneas de investigación y tres acciones estratégicas en las que trabaja el clúster, detalló Sánchez Carmona.
En primera instancia se realiza la caracterización de las materias primas y los agrosistemas en México, a fin de identificar las zonas donde funcionarían mejor las biorrefinerías. Ya en la línea de producción, el primer proceso es de acondicionamiento de la materia prima. Se debe limpiar, moler y someter a tratamientos para liberar las cadenas de azúcares que trae la materia lignocelulósica. Este pretratamiento de la biomasa está a cargo del doctor Héctor Arturo Ruiz Leza, de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec), sumado a los esfuerzos del Centro de Biotecnología de la Universidad de Concepción en Chile, quienes tienen experiencia en el tratamiento de la biomasa por los vastos recursos forestales con que ese país cuenta.
Los modelos matemáticos y las técnicas de análisis las aportan el Laboratorio de Investigación en Sistemas Biológicos del Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Tolouse y el Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón de Grenoble, ambos ubicados en Francia.
La siguiente línea está formada por la sacarificación enzimática, donde se termina de extraer la celulosa del material y se comienza a descomponer en monómeros fundamentales. Esta línea la coordina la doctora Lorena Amaya Delgado, del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ), mismo centro encargado de la fermentación.
“El CIATEJ es la institución que más sabe de fermentación en México por el trabajo cercano que realiza con la industria del tequila”, abonó el líder del proyecto.
La purificación y destilación para tener un alcohol casi sin agua corre a cargo de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guanajuato. En tanto, los residuos del proceso merecen otra línea de investigación, donde los desechos líquidos se envían al campus Juriquilla de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en Querétaro, mientras que los desechos gaseosos se procesan en el Cinvestav, unidad Guadalajara.
Otras líneas se dedican al diseño ingenieril de las biorrefinerías y al análisis del ciclo de vida del biocombustible, que estudia desde el crecimiento de la planta hasta el instante que es quemado por los automotores.
En el laboratorio
El Laboratorio de Biocombustibles del Cinvestav enfrenta ahora los retos de escalar la producción y tratamiento de biomasa, a fin de pasar de 100 gramos a 10 kilogramos por hora. En estas instalaciones se deconstruye la biomasa, a través del reactor de pretratamiento continuo multientrada. Este reactor, mismo que cuenta ya con dos solicitudes de patente, será capaz de procesar continua e indistintamente la biomasa que se introduzca tras concluir sus etapas de perfeccionamiento.
El reactor cuenta con un extrusor que forma una especie de taco con la biomasa. Eleva su temperatura a 175 centígrados a una presión de aproximadamente 150 libras con vapor vivo presurizado, el cual lleva la biomasa a un cartucho y después a la caja de expulsión, donde experimenta un cambio de presión de 150 a 14 libras y sucede una explosión de vapor, generando, además de cocimiento, un rompimiento de la estructura lignocelulósica.
El producto obtenido, de color café y aroma dulce, partirá a la etapa de sacarificación enzimática y después de dos horas tendrá una consistencia lodosa, para ser totalmente líquido en 24 horas y ser llevado a la etapa de fermentación.
Recursos
El clúster de bioalcoholes trabajará con un monto total de 44 millones 752 mil 411 pesos, aportado en su mayoría por el Fondo de Sustentabilidad Energética (FSE), auspiciado por la Secretaría de Energía (Sener) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
“Con este proyecto el laboratorio de biocombustibles (del Cinvestav) se consolida”, apuntó el entrevistado, quien además invitó a científicos a sumarse al proyecto. “Necesitamos más investigadores: ingenieros químicos, ambientales, biotecnólogos, físicos, químicos, de nivel maestría o doctorado. Tenemos contemplado tener a seis estudiantes de doctorado en septiembre, más 10 de licenciatura”. Aunado a ello, se pretende albergar a tres posdoctores para 2017, para lo cual ya hay candidatos de Canadá, Estados Unidos, Colombia, Venezuela, India y China, entre otros.
Financiado a través del Fondo de Sustentabilidad Energética de la Secretaría de Energía, el Cemie es el encargado de la investigación para la generación de nuevas tecnologías energéticas. Las fuentes de obtención de la energía son las que le dan nombre a cada línea, siendo estas: eólico, fotovoltaico, marino, redes eléctricas y bio.
El Cemie-Bio es de donde se desprende el grupo de bioalcoholes, uno de los cinco clústers formados para generar energías sustentables a partir de distintas biomasas. Los cinco clústers son: biocombustibles sólidos, bioturbosina, biodiesel, biogás y bioalcoholes.
Para la operación de los cinco clústers se erogó un total de mil 380 millones de pesos provenientes, en su mayoría, del Fondo de Sustentabilidad Energética.
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