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Biocombustible

Proteína en el aceite

Investigadores de la USP utilizan lipasa y etanol en la producción de biodiesel

El crecimiento esperado de la demanda de biodiesel en el mercado brasileño para los próximos años pasa por una evolución en el sistema de producción de forma de hacerlo más eficiente y ambientalmente favorable. Entre los actuales obstáculos industriales están el uso del metanol, un producto tóxico derivado del gas natural que aún no tiene similar comercial producido con biomasa. Otro problema radica en las deficiencias en el proceso de transesterificación para transformar el aceite vegetal en biodiesel, que resulta en residuos no aprovechables y de baja calidad en el producto final, independientemente del grano oleaginoso utilizado. Un camino para la evolución de este sistema está en los estudios realizados por investigadores de la Escuela de Ingeniería de Lorena (EEL) de la Universidad de São Paulo (USP). Éstos traen nuevos aportes para la transformación del aceite vegetal en combustible. En lugar del metanol, ellos usaron etanol de la caña de azúcar, un ingrediente renovable, más la lipasa, una enzima que actúa en la función del catalizador de la reacción, rompiendo y transformando las moléculas del aceite en biodiesel y glicerina.

Para funcionar bien en los motores, el aceite vegetal necesita pasar por una reacción química alcohólica, la transesterificación, que resulta, como subproducto, en la glicerina, sustancia usada en la industria química. Lo que los investigadores hicieron fue cambiar mudar los ingredientes de ese proceso sin alterar la esencia de los productos finales, el biodiesel y la glicerina, y confiriéndoles mayor calidad. La enzima usada por los investigadores de la USP está presente naturalmente en el páncreas y en el intestino humano, donde actúa en el proceso de la digestión de alimentos que tienen mucha grasa. Pero ella también es producida por hongos, levaduras y bacterias, que hace factible el uso industrial de la lipasa a partir del cultivo de esos microorganismos en sustratos apropiados. Ella es usada en diferentes campos industriales como el farmacéutico, en la química fina, cosméticos, oleoquímica, cueros, pulpa de celulosa y papel y en el tratamiento de residuos de fábricas. En la industria alimenticia, por ejemplo, ella puede ser usada en la producción de margarinas y cremas vegetales exentas de la llamada grasa trans, sustancia que provoca una serie de problemas a la salud, incluyendo el aumento en la cantidad de LDL, el colesterol malo, y la reducción en la cantidad de HDL, el colesterol bueno.

“En el caso del biodiesel, el uso del etanol y de la lipasa es una relación atractiva ambientalmente, porque, además de utilizar un reagente y un catalizador renovables, ella disminuye los residuos de todo el proceso”, dice la profesora Heizir Ferreira de Castro, coordinadora de los estudios. Ella trabaja hace cerca de 15 años con la llamada química verde en procesos que minimizan el impacto ambiental de procesos industriales químicos. “En nuestro grupo trabaja principalmente con biocatálisis en medios no convencionales, en estudios relacionados con la aplicación de enzimas para el desarrollo de nuevas rutas de procesos para la obtención de productos innovadores o ya existentes a costos más competitivos”, dice Heizir. Los trabajos con biodiesel comenzaron en 2003 cuando esa unidad de la USP en la ciudad de Lorena era autónoma y pública, llamada Facultad de Ingeniería Química de Lorena (Faenquil). Los resultados señalan otra ruta alternativa a las técnicas actuales en el sentido de proveer la producción de biodiesel de procedimientos que triagan menos daños al ambiente, con tecnología limpia.

En el trabajo que resultó en la producción de biodiesel con lipasa, los becados de la USP Ana Moreira y Victor Perez, además de la investigadora de la Universidad Estadual de Maringá, profesora Gisella Zanin, bajo la coordinación de Heizir, publicaron un trabajo en la revista científica Energy & Fuels en que describen el uso de la lipasa en la transesterificación del aceite de palma con etanol para producir biodiesel. Ese aceite, también conocido como aceite de corojo, es oriundo de la planta que mejor rinde materia prima para ese fin con cerca de 4 mil litros por hectárea (l/ha), mientras que la soja, que posee el aceite más usado actualmente, rinde cerca de 400 l/ha. Los investigadores usaron lipases producidas por diferentes fuentes de microorganismos: dos especies de hongo, Thermomyces lanuginosus y Penicillium camembertii, una de levadura, Candida antárctica, y dos de bacterias Pseudomonas fluorescens y Burkholderia cepacia, además de lipase extraída del páncreas de suino. La enzima más eficiente para la producción del combustible fue la de la P. fluorescens, que convirtió 98% del aceite en biodiesel. Se suma a esos resultados el hecho de el combustible ser de alta calidad en relación al proceso tradicional, principalmente en relación a la viscosidad y a la humedad, y de atender a las especificaciones de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales, ASTM en la sigla en inglés.

El tiempo de la reacción con la lipase en la producción de biodiesel fue de 24 horas. Esa aún es una desventaja en relación al proceso estrictamente químico que usa catalizadores como el hidróxido de sodio (NaOH), la popular soda cáustica, y el hidróxido de potasio (KOH), carbonatos y alcóxidos con duración de cuatro a cinco horas. Pero el tiempo podrá ser compensado por la mayor facilidad en recuperar la glicerina y el catalizador al final del proceso para su re-uso. En el caso de la lipase, los investigadores desarrollaron un método en que ella puede ser reciclada para su re-úso por medio de la inmovilización de esa enzima en una matriz sólida, llamada soporte híbrido de polissiloxano-polivinilalcohol constituida de sílice y PVA (alcohol polivinílico). La lipasa es un polvo y, cuando está sujeta a un sustrato, ella no se disuelve en el líquido.

El mismo tipo de matriz fue usada en otra secuencia de experimentos para inmovilizar una preparación de lipasa de bajo costo, extraída del páncreas de puerco, para producir biodiesel a partir del aceite extraído del fruto del babazú, palmera típica de la Amazonia y de la región nordeste brasileña. Fueron usados tres tipos de alcohol: etanol, de la caña de azúcar, butanol y propanol, provenientes de la refinación del petróleo. El rendimiento de biodiesel llegó a un 75% con etanol, 80% con propanol y 95% con butanol. “Cada tipo de enzima es sensible a un medio y produce un resultado. En este caso, la producción de biodiesel con lipasa de origen porcina se mostró factible e indiferente al tipo de alcohol, aunque el de butanol haya sido un poco más productivo”, explica Heizir. Los estudios también mostraron que la lipasa utilizada sirve para la producción de surfactantes, compuestos químicos utilizados en la fabricación de detergentes y otros materiales. El trabajo fue publicado en la revista Journal of Chemical Technology and Biotechnology en la edición de enero de 2007, firmado por los alumnos de Posgrado Ariela Paula y Daniele Urioste y por el profesor Julio Santos, de la EEL, también integrante del grupo.

A pesar de los buenos resultados en los trabajos de laboratorio, la profesora Heizir cree ser aún prematuro transponer los datos experimentales para una escala ampliada. Antes es necesario efectuar un estudio técnico-económico para contabilizar el costo global del proceso enzimático. Uno de los cuellos de botella es referente al elevado costo de las lipasa que aún no son producidas industrialmente en el país. Los principales productores son empresas de Dinamarca, Estados Unidos y Japón.  Pero aún existen muchas alternativas por ser probadas. Una de ellas es el uso de microondas para acelerar la reacción de catálisis en el proceso de producción de biodiesel, promoviendo un consistente aumento de la productividad. En ese sentido, una investigación en fase de desarrollo por el grupo de la profesora Heizir, principalmente con el trabajo de la cursante de maestría Patrícia Caroline, estudia la aplicación de campos electromagnéticos de alta frecuencia en procesos enzimáticos, particularmente en la síntesis de biodiesel, a partir de aceites vegetales de bajo costo como el aceite de babazú y de palma, empleando lipasa como catalizador. Reacciones influenciadas por microondas aún están en fase inicial de investigación también en muchos países.

El Proyecto
Producción integrada de biodiesel y emulsificantes con base en aceite de babaza, usando derivados estabilizados de lípasa pancreática y microbiana
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinadora
Heizir Ferreira de Castro  –  Unicamp
Inversión
58.843,75 reales (FAPESP)

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