Julieta Barchiesi nos cuenta sobre las algas como nueva opción para la obtención de biocombustibles.
Las algas se posicionan como una fuente alternativa para la obtención de biocombustibles.
Julieta Barchiesi*
En las próximas décadas el mundo necesitará enormes cantidades de
energía para respaldar el crecimiento económico y poblacional, y para
mejorar los estándares de vida. Los suministros de energía
convencionales lucharán para seguir el ritmo de la demanda, y la energía
se deberá producir de forma ecológica y socialmente responsable.
Simultáneamente, será necesario alimentar la población mundial
creciente. Esto incrementará la presión en el medioambiente, la tierra
cultivable, las reservas de peces y el suministro de agua pura. Las
algas son la gran promesa debido a que son una fuente de energía para
biocombustibles con baja emisión de dióxido de carbono (CO2), y como
suplementos dietario animal.
Los biocombustibles son alcoholes, ésteres y otros compuestos químicos producidos a partir de la biomasa, residuos de la agricultura y de la actividad forestal, y desechos industriales. Entre otros podemos incluir al bioetanol, biodiésel, biohidrógeno, biometanol; siendo los dos primeros los más desarrollados y empleados. La biomasa hace referencia a toda materia que puede obtenerse a través de la fotosíntesis, proceso mediante el cual la mayoría de las especies vegetales generan azúcares utilizando energía solar. A partir de sustancias simples como el agua y el dióxido de carbono, esta energía se almacena en forma de moléculas de glucosa, almidón, celulosa y aceites.
UNA SOLUCIÓN A BASE DE ALGAS
Las algas son la fuente de materia prima menos publicitadas para biocombustibles, a pesar de que muchas de ellas tienen un alto potencial para solucionar la dependencia mundial de los combustibles fósiles y limitar las emisiones de CO2 asociadas al cambio climático global. Las microalgas son organismos fotosintéticos que se encuentran tanto en el mar como en agua dulce y poseen un mecanismo de fotosíntesis muy similar al de las plantas terrestres. Están a la vanguardia de la investigación en los esfuerzos destinados a desarrollar tecnologías y sistemas modelos para la producción renovable de hidrógeno y otros biocombustibles como biodiesel y bioetanol. Su procesamiento es simple, debido a su pequeño tamaño y a que carecen de lignocelulosa, un polisacárido presente en todas las fuentes de biomasa terrestres que complica el proceso de conversión de la biomasa en biocombustible. En relación con las plantas terrestres, las microalgas son más eficaces en la conversión de la luz del sol a energía química. Pueden producir una cantidad de aceite por metro cuadrado substancialmente mayor que los aceites de semillas tradicionales y además, disminuir los niveles de CO2, ya que las algas consumen este gas mientras emiten oxígeno puro. Las algas no compiten por terrenos cultivables con las plantas terrestres, muchas cepas de algas pueden crecer en agua de mar o aguas residuales, preservando las valiosas fuentes de agua dulce. Su ventaja a nivel económico se basa en la alta eficiencia de las algas unicelulares para la conversión de energía solar respecto de los cultivos. Por esta y otras razones, las microalgas tienen muchas ventajas sobre las plantas terrestres en lograr uno de los desafíos más grandes a nivel mundial: obtener una forma de energía segura y sostenible, y reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
Además, y respecto a la remediación ambiental, las microalgas secuestran naturalmente CO2 de la atmósfera. Sin embargo, para cubrir las necesidades del rápido crecimiento de una granja de algas, se necesitan cantidades de CO2 adicionales. La solución es capturar CO2 emitido por plantas industriales, tales como usinas, fábricas de cemento y fábricas de etanol, que de lo contrario serían una fuente de contaminación ambiental. Así, una fuente potencial de calentamiento global es convertida en una fuente de materia prima de combustión limpia para biocombustibles. Además, todos los otros métodos usados para mitigar el CO2 solo lo secuestran; no lo convierten en productos útiles o energía; por lo tanto el uso de microalgas es el mejor método para combatir el cambio climático.
EL ALMIDON
El almidón ha adquirido un inmenso valor en la vida humana, siendo la fuente de calorías más importante en nuestra alimentación, y como un recurso renovable y precursor de nuevos materiales biodegradables en el medio ambiente. En los últimos años, se ha incrementado la utilización de almidón y sus derivados en la industria, a partir de su uso como materia prima, compitiendo con aquellas derivadas de productos a base de petróleo. La modificación de la vía de síntesis de almidón, permite generar nuevos almidones con propiedades mejoradas y nuevas aplicaciones industriales. Sin embargo, uno de los problemas de su uso para biocombustibles es que compite con la alimentación de la población.
Ante esta problemática, la comunidad científica se interesó en profundizar el conocimiento en los mecanismos de producción de almidón en plantas y microalgas con el objetivo de desarrollar herramientas para obtener almidones modificados para distintos fines industriales, alimenticios y bioenergéticos.
Hace siete años, un equipo de investigadores pertenecientes al Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI) dependiente del CONICET (www.conicet.gov.ar) comenzó a investigar las propiedades de las proteínas de síntesis y degradación de almidón de una planta modelo, Arabidopsis thaliana, con fines biotecnológicos. En el último año, el estudio se expandió a otro organismo fotosintético, cuyo uso no compite con la alimentación humana, el microalga Ostreococcus tauri. Esta alga es el organismo eucariota más pequeño que se conoce hasta la actualidad, y es una de las microalgas más abundantes de los sistemas oceánicos y costeros. Además es un importante modelo biológico utilizado en estudios genómicos y de fisiología vegetal en todo el mundo.
O. tauri presenta ciertas características particulares respecto a la producción de almidón. Este pequeño microalga, de genoma compacto y fácil de cultivar en laboratorios, acumula almidón en un único gránulo y presenta una ruta metabólica de almidón incluso más compleja que la de algunas plantas terrestres, con múltiples formas de cada enzima (http://learn.genetics.utah.edu/es/units/activities/extraction/enzyme.html). El estudio de este organismo nos permitirá generar herramientas moleculares de gran utilidad para diseñar la ingeniería de proteínas que eventualmente permita obtener almidones con cualidades mejoradas para diversos usos.
Los biocombustibles son alcoholes, ésteres y otros compuestos químicos producidos a partir de la biomasa, residuos de la agricultura y de la actividad forestal, y desechos industriales. Entre otros podemos incluir al bioetanol, biodiésel, biohidrógeno, biometanol; siendo los dos primeros los más desarrollados y empleados. La biomasa hace referencia a toda materia que puede obtenerse a través de la fotosíntesis, proceso mediante el cual la mayoría de las especies vegetales generan azúcares utilizando energía solar. A partir de sustancias simples como el agua y el dióxido de carbono, esta energía se almacena en forma de moléculas de glucosa, almidón, celulosa y aceites.
UNA SOLUCIÓN A BASE DE ALGAS
Las algas son la fuente de materia prima menos publicitadas para biocombustibles, a pesar de que muchas de ellas tienen un alto potencial para solucionar la dependencia mundial de los combustibles fósiles y limitar las emisiones de CO2 asociadas al cambio climático global. Las microalgas son organismos fotosintéticos que se encuentran tanto en el mar como en agua dulce y poseen un mecanismo de fotosíntesis muy similar al de las plantas terrestres. Están a la vanguardia de la investigación en los esfuerzos destinados a desarrollar tecnologías y sistemas modelos para la producción renovable de hidrógeno y otros biocombustibles como biodiesel y bioetanol. Su procesamiento es simple, debido a su pequeño tamaño y a que carecen de lignocelulosa, un polisacárido presente en todas las fuentes de biomasa terrestres que complica el proceso de conversión de la biomasa en biocombustible. En relación con las plantas terrestres, las microalgas son más eficaces en la conversión de la luz del sol a energía química. Pueden producir una cantidad de aceite por metro cuadrado substancialmente mayor que los aceites de semillas tradicionales y además, disminuir los niveles de CO2, ya que las algas consumen este gas mientras emiten oxígeno puro. Las algas no compiten por terrenos cultivables con las plantas terrestres, muchas cepas de algas pueden crecer en agua de mar o aguas residuales, preservando las valiosas fuentes de agua dulce. Su ventaja a nivel económico se basa en la alta eficiencia de las algas unicelulares para la conversión de energía solar respecto de los cultivos. Por esta y otras razones, las microalgas tienen muchas ventajas sobre las plantas terrestres en lograr uno de los desafíos más grandes a nivel mundial: obtener una forma de energía segura y sostenible, y reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
Además, y respecto a la remediación ambiental, las microalgas secuestran naturalmente CO2 de la atmósfera. Sin embargo, para cubrir las necesidades del rápido crecimiento de una granja de algas, se necesitan cantidades de CO2 adicionales. La solución es capturar CO2 emitido por plantas industriales, tales como usinas, fábricas de cemento y fábricas de etanol, que de lo contrario serían una fuente de contaminación ambiental. Así, una fuente potencial de calentamiento global es convertida en una fuente de materia prima de combustión limpia para biocombustibles. Además, todos los otros métodos usados para mitigar el CO2 solo lo secuestran; no lo convierten en productos útiles o energía; por lo tanto el uso de microalgas es el mejor método para combatir el cambio climático.
EL ALMIDON
El almidón ha adquirido un inmenso valor en la vida humana, siendo la fuente de calorías más importante en nuestra alimentación, y como un recurso renovable y precursor de nuevos materiales biodegradables en el medio ambiente. En los últimos años, se ha incrementado la utilización de almidón y sus derivados en la industria, a partir de su uso como materia prima, compitiendo con aquellas derivadas de productos a base de petróleo. La modificación de la vía de síntesis de almidón, permite generar nuevos almidones con propiedades mejoradas y nuevas aplicaciones industriales. Sin embargo, uno de los problemas de su uso para biocombustibles es que compite con la alimentación de la población.
Ante esta problemática, la comunidad científica se interesó en profundizar el conocimiento en los mecanismos de producción de almidón en plantas y microalgas con el objetivo de desarrollar herramientas para obtener almidones modificados para distintos fines industriales, alimenticios y bioenergéticos.
Hace siete años, un equipo de investigadores pertenecientes al Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI) dependiente del CONICET (www.conicet.gov.ar) comenzó a investigar las propiedades de las proteínas de síntesis y degradación de almidón de una planta modelo, Arabidopsis thaliana, con fines biotecnológicos. En el último año, el estudio se expandió a otro organismo fotosintético, cuyo uso no compite con la alimentación humana, el microalga Ostreococcus tauri. Esta alga es el organismo eucariota más pequeño que se conoce hasta la actualidad, y es una de las microalgas más abundantes de los sistemas oceánicos y costeros. Además es un importante modelo biológico utilizado en estudios genómicos y de fisiología vegetal en todo el mundo.
O. tauri presenta ciertas características particulares respecto a la producción de almidón. Este pequeño microalga, de genoma compacto y fácil de cultivar en laboratorios, acumula almidón en un único gránulo y presenta una ruta metabólica de almidón incluso más compleja que la de algunas plantas terrestres, con múltiples formas de cada enzima (http://learn.genetics.utah.edu/es/units/activities/extraction/enzyme.html). El estudio de este organismo nos permitirá generar herramientas moleculares de gran utilidad para diseñar la ingeniería de proteínas que eventualmente permita obtener almidones con cualidades mejoradas para diversos usos.
* La Dra. Barchiesi es investigadora del Consejo Nacional de
Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Desempeña sus tareas
en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI),
instituto de doble dependencia Universidad Nacional de Rosario -
CONICET.
Fuente
secyt.unr.edu.ar
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