EL BIOBUTANOL: ¿UNA PROMESA DE FUTURO? (III)

Tenía pendiente desde hace varios meses continuar con la serie de post sobre el biobutanol (I y II). La verdad es que la tenía bastante abandonada, pero los carnavales de química y biología me sirven de excusa para retomar el tema y, de paso, matar dos pájaros de un tiro.

El biobutanol no es que sea una sustancia diferente al butanol. El prefijo bio se debe a su procedencia. Es decir, se llama butanol cuando se obtiene por métodos químicos y biobutanol, cuando los métodos utilizados son biotecnológicos. El proceso utilizado para la obtención del biobutanol es la fermentación de azúcares mediante microorganismos del género Clostridium, entre los que encontramos algunas especies solvatogénicas capaces de producir butanol, como por ejemplo C. acetobutylicum, C. beijerinckii, que son las más conocidas y estudiadas.

Cuando estas bacterias se alimentan de azúcares producen, mayoritariamente tres productos: acetona, butanol y etanol. Por esta razón, a este proceso se le denomina desde sus inicios fermentación ABE (acetona-butanol-etanol). La reacción tiene lugar en dos etapas:

1. Acidogénesis: Los microorganismos metabolizan los azúcares, se genera masa celular y se producen compuestos de naturaleza ácida, como el ácido acético y el ácido butírico. Tiene lugar un descenso de pH en el medio y el crecimiento alcanza un estado estacionario.
2. Solventogénesis: En esta fase se produce la reasimilación de los ácidos, existe una subida del pH y tiene lugar la formación del butanol. Los factores más importantes que determinan el desarrollo de esta fase son el factor de esporulación, el pH externo del medio de cultivo, la concentración de productos ácidos, los niveles de nutrientes del medio, la temperatura y la concentración de oxígeno.

Numerosos estudios llevados a cabo indican que C. beijerinckii presenta mayor potencial para la producción industrial de solventes que C. acetobutylicum. Esto es debido a que la primera puede fermentar un mayor tipo de azúcares y presenta un mayor rango de pH óptimo para las fases de crecimiento y producción de solventes. Esta tabla es un ejemplo de distribución de productos en el proceso ABE para las dos especies citadas:

MICROORGANISMO	DISTRIBUCIÓN ABE	CONC. BUTANOL (g/L)	MÁX. CONC. ABE (g/L)	RENDIMIENTO (g/g)
C. acetobutylicum ATCC 824	3:6:1	10-16	20	0,30 – 0,33
C. beijerinckii BA101	3:16:1	18-25	33	0,40 – 0,50

Sin embargo, como muchos procesos biológicos, a nivel industrial tiene sus limitaciones:

1. El propio butanol generado es tóxico para las bacterias.
2. La reacción de fermentación tiene bajos rendimientos de conversión.
3. La utilización de azúcares como materia prima supone un alto coste de producción.

Por todo ello, la investigación en la producción de biobutanol se dirige hacia estos tres puntos:

1. Desarrollo de nuevas cepas de Clostridium más resistentes y capaces de metabolizar un mayor rango de sustratos, como por ejemplo la celulosa, e incluso específicas para la producción única de butanol como producto final.
2. Desarrollo de nuevas tecnologías de fermentación avanzadas más eficientes, especialmente en las etapas de separación de productos con objeto de mejorar la viabilidad del proceso.
3. Búsqueda de materias primas alternativas de bajo coste y con elevado contenido de azúcares: el empleo de materiales residuales y de biomasa lignocelulósica podría reducir notablemente el coste del proceso.

En la última parte de esta serie, que espero que no se demore tanto como esta tercera, abordaré estas tres líneas de investigación y como se encuentran de avanzadas en la actualidad.

Fuentes:

«Acetone-butanol fermentation revisited». Jones and Woods. Microbiol. Rev. 50 (1986) 484-524.

«Recovery of butanol from fermentation broth by gas stripping» Qureshi and Blaschek. Renewable Energy 22 (2001) 557-564.

«Butanol production from wheat straw hydrolysate using Clostridium beijerinckii. Qureshi, Badal, et al. Bioprocess. Biosyst. Eng. 30  (2007) 419–427.

Este post participa en el IV Carnaval de la Química que este mes se celebra en el blog Los productos naturales ¡vaya timo! de JM Mulet y en el II Carnaval de Biología, alojado en El Pakozoico, blog de Francesc Gascó.