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Tapa

El objetivo es el bagazo

Un subproducto abundante de la industria de la caña de azúcar le otorga ventaja competitiva a Brasil en la búsqueda del etanol de segunda generación

EDUARDO CESARLa investigación brasileña del etanol de segunda generación arribó a una articulación inédita. La búsqueda del alcohol extraído de la celulosa, restringida hasta hace poco tiempo atrás a experimentos aislados en empresas y de parte de grupos de investigación, está movilizando un número creciente de investigadores, estimulados por políticas investigativas orientadas a ampliar la productividad del etanol de caña brasileño. El objetivo consiste en aprovechar el bagazo y la paja de la caña de azúcar, fuentes de celulosa que representan dos tercios de la energía de la planta, pero no son convertidos en biocombustibles. Hay una carrera mundial por el desarrollo del etanol de segunda generación, dice Rubens Maciel Filho, docente de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y uno de los coordinadores del Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen), motor de la articulación de la comunidad científica en São Paulo. Aunque en Brasil la investigación en este campo es reciente, posee ventajas comparativas en la carrera, tal como la disponibilidad de una enorme cantidad de materia prima de bajo costo, representada en el bagazo precosechado, y una infraestructura ya instalada para la producción de etanol, afirma.

Los residuos tales como recortes de madera, bagazo de caña o marlos del maíz, están conformados por celulosa y pueden transformarse en biocombustible cuando se los somete a reacciones de hidrólisis, un proceso químico que rompe las moléculas. Una gran ventaja de este abordaje sería la reducción de la competencia entre biocombustibles y alimentos, produciendo, en el caso del aprovechamiento del bagazo, mayor cantidad de etanol por superficie cultivada. Otra quimera es el abaratamiento de la producción del etanol en Estados Unidos, el alcohol extraído del maíz está fuertemente subsidiado, contrariamente al etanol de caña brasileño. Desde el punto de vista tecnológico, existen varias rutas de hidrólisis probadas, pero con rendimientos e inversión que no cuentan con factibilidad económica operativa.

La articulación involucra iniciativas tales como la construcción de varias plantas piloto para desarrollar rutas tecnológicas del etanol celulósico. La empresa Dedini Indústrias de Base prepara una nueva planta de hidrólisis ácida, un proceso en el que para la rotura de las moléculas de celulosa se utiliza un ácido como catalizador. La planta incorporará innovaciones relacionadas con materiales y procesos basados en el conocimiento acumulado entre 2003 y 2007, un período en que funcionó otra planta de la empresa en la Usina São Luiz, en la localidad de Pirassununga (São Paulo). La experiencia demostró que necesitamos atenuar algunas de las condiciones críticas en que funcionaba la unidad, dice el vicepresidente de Dedini, José Luiz Olivério. Estamos ensayando con materiales más resistentes, ya que las condiciones abrasivas del proceso imponían un desgaste que culminaba comprometiendo el funcionamiento permanente de la unidad, afirma. Según Olivério, Dedini sigue confiando en la factibilidad comercial de su tecnología, estudiada desde los años 1980, que utiliza el proceso Dedini Hidrólisis Rápida (DHR), pionero en el país. La empresa mantiene un convenio de cooperación científica con la FAPESP, que incluye la investigación de procesos industriales para la fabricación del etanol.

Oxiteno, una de las mayores empresas brasileñas del sector químico, se encuentra interesada en el dominio del proceso de hidrólisis del bagazo y de la paja para la fabricación de productos utilizados en la industria química y farmacéutica, obtenidos actualmente por la ruta petroquímica. También en colaboración con la FAPESP, la empresa lanzó en noviembre de 2006 una convocatoria pública a la presentación de propuestas en 16 áreas temáticas de investigación que seleccionó proyectos en el campo de la tecnología para la producción de azúcares, alcohol y derivados. La mayoría de las siete propuestas contempladas y en curso, que involucran asociaciones con investigadores de la Universidad de São Paulo, del Instituto de Investigaciones Tecnológicas y del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón, se relacionan con procesos vinculados con el etanol de celulosa. Los convenios de la Fundación con Dedini y Oxiteno forman parte del programa Bioen.

Petrobras invierte en hidrólisis enzimática, que utiliza, en lugar de los ácidos, enzimas producidas por microorganismos capaces de romper el azúcar de celulosa, transformado en alcohol combustible luego del proceso de fermentación. Una planta piloto instalada en el Cenpes, el centro de investigación de la empresa instalado en Ilha do Fundão, en Río de Janeiro, comenzó a operar en 2007. La intención de la empresa es lograr el dominio de la tecnología y exportar etanol de celulosa en la próxima década.

EDUARDO CESAREn Campinas, interior paulista, se construirá hacia mediados del año que viene una planta piloto que servirá para investigadores de todos los estados. Dicha planta, símbolo de la articulación de esfuerzos, será instalada en el recién creado Centro de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE), vinculado con el Ministerio de Ciencia y Tecnología, y contará con una estructura conformada por seis módulos, que abarcan desde el tratamiento físico del material lignocelulósico hasta la fermentación, pasando por la producción de microorganismos y la hidrólisis enzimática. La idea es que los investigadores puedan realizar diversos experimentos utilizando partes específicas de una misma plataforma. El objetivo es hacer posibles avances simultáneos que ayuden a superar diversos problemas tecnológicos relacionados con el etanol de segunda generación, explica Carlos Eduardo Vaz Rossell, coordinador de la planta piloto del CTBE.

La investigación básica relacionada con el etanol de segunda generación también está cobrando impulso. Investigadores de Embrapa Agroenergía, por ejemplo, desarrollan estudios para caracterizar la pared celular de la caña de azúcar. Los trabajos están en marcha en el Laboratorio de Genética Molecular de Embrapa Recursos Genéticos y Biotecnología, en colaboración con el Instituto de Botánica de la USP. La meta es comprender mejor la composición y la estructura de la pared celular de la caña para manipularla de manera específica buscando aumentar la producción de etanol de segunda generación.

Países tales como Estados Unidos, Canadá y Suecia cuentan con una producción científica más destacada que la de Brasil en el desarrollo del etanol de segunda generación. Estados Unidos, que es el principal productor mundial de etanol, afronta críticas por haber apostado al maíz, fuente de alimentación humana, para extraer el biocombustible, que todavía recibe fuertes subsidios para adecuar razonablemente su precio. La búsqueda del etanol de celulosa a base de residuos agrícolas o de plantas que no sirven como alimento apunta a asegurar el suministro de combustible renovable sin perjudicar la seguridad alimentaria del país.

El interés brasileño en el etanol de celulosa tiene un fundamento diferente. Apunta a tornar aún más competitivo el etanol de caña, ampliando su producción sin necesidad de aumentar las proporciones de superficie plantada de caña de azúcar. Estudios llevados a cabo en el marco del Proyecto Bioetanol, una red de investigación financiada por el gobierno federal, indican que una destilería que produce actualmente un millón de litros de etanol por día extraído del jugo de caña, podría inicialmente, mediante la tecnología de hidrólisis, generar un adicional de 150 mil litros de etanol del bagazo recuperado. La paja de la caña es otra fuente potencial para la extracción de etanol. Con el abandono de las prácticas de quemas, tiende a ser utilizada como fuente de celulosa.

En el caso brasileño, la tecnología requiere una reducción de costos para compensar el cambio de uso, ya eficiente, que hoy en día se hace del bagazo de caña, basado en la quema para generar electricidad en las centrales de alcohol y azúcar. Rubens Maciel Filho, de la Unicamp, recuerda que no basta con hallar soluciones tecnológicamente factibles es esencial que tengan bajo costo. No resulta una tarea fácil justificar grandes inversiones para mejorar el alcohol de primera generación, porque el proceso ya cuenta con una productividad bastante elevada, y también existe el desafío de producir alcohol de segunda generación a precios competitivos, dice. Sin embargo, es importante resaltar que la tecnología de primera generación todavía cuenta con margen para perfeccionarse. Simultáneamente con la inversión en el desarrollo del proceso de hidrólisis, Dedini no cejó en su apuesta a las tecnologías incrementales, que abarcan desde la creación de centrales de etanol autosuficientes en cuanto al agua, hasta la producción de un biofertilizante que incorpora residuos diversos, tales como vinaza y hollín. La caña posee una condición imbatible para almacenar energía, dice Olivério, de Dedini.

EDUARDO CESARResulta difícil prever cuánto tiempo llevará lograr la factibilidad económica del etanol de celulosa, dadas las dificultades para conocer en detalle los avances obtenidos por las empresas, protegidos por secreto. Pero si existiese efectivamente un proceso competitivo parta transformar bagazo de caña en etanol, ya se encontraría disponible en el mercado y las ingenios los estarían utilizando, afirma Rubens Maciel, de la Unicamp. El investigador calcula que Brasil cuenta con cinco años para sortear los desafíos tecnológicos. De lo contrario seríamos dependientes de procesos e insumos importados. Pero vale la pena el esfuerzo, pues contamos con la ventaja de poseer la materia prima, que es el bagazo, disponible en la unidad de producción de etanol, dice, refiriéndose al precio de la tonelada de bagazo de caña seco, de alrededor de 15 dólares, comparado con la misma cantidad de residuo disponible en Estados Unidos, que cuesta 35 dólares. Incluso en los costos de transporte hay ventajas, ya que el bagazo no necesita ser transportado hasta la central se halla disponible allí mismo.

El bagazo y la paja están conformados por celulosa, un polímero de la glucosa constituido por seis átomos de carbono, las hexosas; por hemicelulosa, compuesta por azúcares de cinco carbonos, denominados pentosas y que todavía no son aprovechados para la producción de azúcar; y por lignina, un compuesto estructural de la planta asociado con la pared vegetal celular, responsable de la rigidez, impermeabilidad y resistencia contra ataques a los tejidos vegetales. Para que las biomasas puedan utilizarse como materias primas para procesos químicos y biológicos, necesitan ser sometidas a un pre tratamiento capaz de desorganizar el resistente complejo lignocelulósico. La lignina constituye un gran obstáculo para ese proceso. Su rotura libera sustancias que inhiben la fermentación.

Para lograr un proceso económicamente factible, hay varios obstáculos que deben superarse. El primero de ellos tiene que ver con el pre tratamiento del bagazo y la paja. Las materias primas presentan una descomposición lenta. El desafío es lograr un pre tratamiento de esa estructura que la torne más lábil. Los primeros procesos eran muy destructivos y conducían a la pérdida de gran cantidad de azúcar, dice Rossell, del CTBE. No contamos con un dominio completo de las propiedades químicas, físicas y mecánicas del bagazo, de la paja y de sus fragmentos. Se necesita conocer mejor la materia prima y así desarrollar a futuro procesos eficientes, afirma.

Un segundo problema tiene que ver con los catalizadores utilizados para descomponer la celulosa. En el caso de la hidrólisis ácida, es preciso mejorar la eficiencia del proceso, que no permite un control tan preciso de la rotura de las ligaciones químicas. Mientras que el ácido sulfúrico destruye parte del azúcar formado, el ácido clorhídrico, más eficiente, presenta un problema relacionado con la corrosión, exigiendo aleaciones de metal de elevado costo, afirma Rossell. Para el caso del proceso de hidrólisis enzimática, el obstáculo es el costo de las enzimas, además de la exagerada cantidad necesaria como para provocar el desdoblamiento de la celulosa en glucosa. Uno de los retos de la investigación es hallar microorganismos capaces de producir enzimas más productivas.

MIGUEL BOYAYANEstados Unidos apuesta a una técnica denominada bioprocesamiento consolidado, mediante la cual las cuatro transformaciones biológicas implicadas en la producción de bioetanol (producción de enzimas, sacarificación, fermentación de hexosas y fermentación de pentosas) transcurren en una sola etapa. Microorganismos genéticamente modificados producen anaeróbicamente enzimas con mejor actividad que las utilizadas en otros procesos (lea la entrevista). Tales microorganismos deben ser bien estudiados, ya que, aunque funcionan en laboratorio, pueden ser atacados por otros que sobreviven mejor en el ambiente, dice Maciel. Pero no podemos quedar fuera del desarrollo de microorganismos sofisticados, pues éstos pueden ayudarnos a obtener una mejor comprensión de los procesos, al margen de trabajar en favor nuestro.

Todavía existen cuellos de botella, tales como el aprovechamiento de los azúcares de cinco carbonos, las denominadas pentosas. No existe un proceso eficiente para transformar esos azúcares en etanol. La mayor parte de las levaduras no posee esa propiedad o la posee en magnitud tan pequeña que no genera impacto, dice Rossell. La creación de nuevas levaduras u otros microorganismos resulta crítica para la transformación de las pentosas en etanol. Actualmente, desde el punto de vista comercial, sólo contaríamos con el alcohol de las hexosas. Todavía restan otras cuestiones por resolver, tales como la necesidad elevada de consumo de agua durante el proceso de pre tratamiento y el destino de la vinaza, un residuo de la destilación para la recuperación del etanol. Sucede que, cuando la producción del etanol proviene de la hidrólisis, el residuo no contiene potasio y fósforo, y así pierde su ventaja como fertilizante. Como es contaminante, deberá contar con otro destino asegurado.

Rossell es optimista al respecto de las perspectivas. La cantidad de investigadores y técnicos involucrados en la investigación tiende a crecer en modo exponencial, afirma. Según Maciel, de la Unicamp, la articulación de esfuerzos resulta fundamental para hacer valer las ventajas competitivas del país. En toda línea investigativa, es bueno que exista una cierta dosis de redundancia para comparar las diferentes formas de abordaje del problema. En el caso del etanol de celulosa, no obstante, tal vez no necesitemos de muchas plantas piloto. Con algunas plantas, y la movilización integrada de muchos investigadores, podremos arribar a mejores resultados, concluye.

Unión por la sostenibilidad
Un workshop reúne a estadounidenses, brasileños y argentinos para debatir el impacto de los biocombustibles sobre el uso del agua y de la tierra

Existe un amplio espacio en el cual los investigadores de Brasil, Argentina y Estados Unidos pueden sumar esfuerzos para comprender y mitigar los impactos de las tecnologías de producción de biocombustibles sobre el uso del agua y de la tierra. Pero para viabilizar ese concepto, es necesario superar obstáculos tales como la falta de un patrón de datos que cimiente estudios comparativos, construir modelos capaces de explicar los efectos de fenómenos complejos o hallar formas de analizar científicamente correlaciones tales como las que sugieren la influencia del aumento del área plantada con maíz en Estados Unidos en el desmonte de la Amazonia brasileña. Esa conclusión emerge de las discusiones finales de un workshop realizado en el mes de agosto, que movilizó a científicos de tres países con gran interés en los biocombustibles mientras Brasil y Estados Unidos son los principales productores de bioetanol, uno derivado de la caña de azúcar y el otro del maíz, Argentina cuenta con un enorme potencial tanto para la producción de etanol como de biodiesel. Estos países del continente americano quieren definir conjuntamente estrategias que permitan utilizar ciencia de alta calidad con el objetivo de que los recursos naturales se utilicen en forma sostenible, dice Marcos Buckeridge, profesor del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo, y coordinador del workshop. Realizado en el marco del Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen), el evento fue organizado y patrocinado por agencias que los financian, como la FAPESP, el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y la norteamericana National Science Foundation, además de instituciones tales como la Universidad de São Paulo, la Universidad de Buenos Aires y la Universidad del Estado de Iowa. El uso del agua y de la tierra, asociado con la producción de biocombustibles, tiene consecuencias sociales, económicas y ambientales de importancia, además de involucrar cuestiones tecnológicas complejas. Nuevos modelos, con equipos multidisciplinarios y multinacionales, se hacen necesarios para investigar este tema, dijo Robert Anex, profesor de la Universidad de Iowa.

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