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TAPA

La transición será suave

El científico estadounidense dice que el etanol de celulosa y el de caña prometen ser más complementarios que competidores.

DARTMOUTH COLLEGELee Rybeck Lynd, de 52 años, es un pionero en la investigación de la utilización de biomasa para la producción de energía. Su interés en el tema surgió a finales de los años 1970, cuando la posibilidad de convertir celulosa en biocombustibles inspiró su tesina de grado y no amainó desde entonces. Hace 22 años que el profesor de ingeniería y biología lidera un grupo de investigación en la Thayer School of Engineering, en el Dartmouth College, una institución de educación superior con 240 años ubicada en Hanover, en el estado de New Hampshire. Su equipo, que ya produjo más de un centenar de artículos científicos y una decena de patentes, es responsable de una parte fundamental de la investigación estadounidense relativa al etanol de segunda generación, extraído de la celulosa, que encierra la promesa de producir biocombustible a base de madera, residuos agrícolas y diversos tipos de plantas, sin rivalizar con la producción de alimentos.

Mientras que la mayoría de las rutas biológicas de estudio para el procesamiento de biomasa celulósica poseía como objetivo la producción por separado de enzimas, en un proceso de varias etapas, el grupo de Lynd identificó en otra técnica una manera más sencilla y potencialmente más económica para obtener el mismo resultado. Se trata del bioprocesamiento consolidado (CBP), en el cual las cuatro transformaciones involucradas en la producción de bioetanol (producción de enzimas, sacarificación, fermentación de hexosas y fermentación de pentosas) suceden en una sola etapa. Con esta técnica, los microorganismos producen anaeróbicamente complejos enzimáticos con mejor actividad que las enzimas utilizadas en otros procesos. El grupo de Lynd es uno de los más activos en el mundo en cuanto a este abordaje.

En 2005, el investigador se asoció con inversores de capital de riesgo para fundar Mascoma, una empresa de investigación en biocombustibles que recibió aportes de capitalistas como es el caso de Vinod Khosla, el fundador de Sun Microsystems. La empresa tiene la patente de microbios capaces de producir enzimas y, según Lynd, se encuentra próxima a la obtención de la aplicación comercial del proceso.

Además de su trabajo como investigador y emprendedor, Lynd es un solicitado consejero de autoridades. Dio testimonio al respecto de biocombustibles en el senado estadounidense y participó en un comité sobre el tema durante el gobierno de Clinton. También produjo informes en coautoría con organizaciones no gubernamentales, tales como Natural Resources Defense Council. En su iniciativa más reciente, es uno de los líderes del proyecto Global Sustainable Bioenergy: Feasibility and Implementation Paths, un equipo internacional de científicos que se abocará al estudio de las posibilidades de uso de los biocombustibles a nivel mundial y en gran escala, así como a la búsqueda de un consenso científico sobre el tema. Las reuniones del grupo se realizarán en cinco países Estado Unidos, Sudáfrica, Malasia, Holanda y Brasil (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 162). Los físicos José Goldenberg, rector de la USP entre 1986 y 1990, y Carlos Henrique de Brito Cruz, director científico de la FAPESP, participan del comité organizador de las reuniones del proyecto. Este estudio es importante para Brasil por la oportunidad de discutir evidencias científicas acerca de la factibilidad de la producción de biocombustibles en gran escala, tanto del etanol de caña, cuya producción mundial es liderada por el país, como el etanol de celulosa, que puede ubicar a otros países en el mapa mundial del uso del combustible.

Disertante principal de un workshop del Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía, programado para el día 10 de septiembre, Lynd otorgó la siguiente entrevista para la revista Pesquisa FAPESP:

¿Cuán cerca estamos de producir etanol celulósico en gran escala? ¿Qué desafíos tecnológicos aún deben solucionarse?
El precio de compra de la biomasa de celulosa en el mercado de futuro, de alrededor de 60 dólares la tonelada, es competitivo con el petróleo a 20 dólares el barril. El obstáculo es el costo de procesamiento, no el de la materia prima. La conversión de azúcares en etanol se obtiene actualmente con un costo muy bajo, utilizando tecnología madura y en gran escala, tanto en Brasil como en Estados Unidos. La barrera, por lo tanto, no es esa. La industria del etanol celulósico ya existiría hoy en día si no fuese por la dificultad de producción de intermediarios reactivos, específicamente los azúcares, a partir de este material de bajo costo disponible. La cuestión clave es superar la resistencia de la biomasa de celulosa con una tecnología de bajo costo, siendo que el costo de las denominadas enzimas celulasas es el principal componente. Recientemente, Mascoma Corporation reveló que la necesidad de adicionar enzimas celulasas puede reducirse en varias veces, y hasta eliminarse para algunas fuentes de celulosa, utilizando un abordaje denominado bioprocesamiento consolidado, o CBP. A la luz de este avance, creo que queda claro que la barrera de la resistencia será derribada, viabilizando comercialmente la industria de biocombustibles de celulosa. Es posible acelerar ese proceso, pero eso exigirá el alineamiento de intereses y de recursos involucrando múltiples actores.

¿Cuáles son las fuentes de mayor factibilidad para la conversión de la celulosa? ¿Cómo evalúa usted el potencial del bagazo de caña de azúcar?
Un amplio espectro de fuentes de lignocelulosa resulta potencialmente atrayente para la conversión al etanol, incluyendo gramíneas, plantas herbáceas, árboles y residuos de diversos procesos. El bagazo es una de las materias primas más atractivas, ya que se encuentra disponible en grandes cantidades y puede procesarse mediante la infraestructura disponible en una central de etanol de caña y/o azúcar. El bagazo ya cuenta actualmente con valor como fuente de calor y, cada vez en mayor medida, de electricidad. Para incorporarlo a la producción de biocombustibles será necesario agregarle valor más allá de las opciones actuales de procesamiento. No he analizado esta cuestión en detalle, pero según mi evaluación preliminar y la de otros especialistas con quienes he hablado, es probablemente factible. La conversión de la paja de caña de azúcar representa otra oportunidad potencial para transformar la lignocelulosa que también merece evaluarse.

¿Cuáles son las ventajas del bioprocesamiento consolidado (CBP) en relación con otras vías para la obtención de etanol celulósico?
La estrategia del CBP logró bajos costos financieros y operativos mediante la simplificación de procesos y la eliminación del agregado de enzimas, que son costosas. Según afirmó un panel de especialistas convocados por el Departamento de Energía de Estados Unidos, el DOE Joint Task Force – 2006, el CBP es considerado la mejor configuración de bajo costo para hidrólisis y fermentación de la celulosa. Aunque exista un amplio consenso al respecto de los beneficios de transformación del CBP, existe una mayor diversidad de opiniones sobre si la tecnología cuenta con perspectivas de corto o de largo plazo. En el CBP, las enzimas celulosas son producidas por el mismo microorganismo que fermenta los azúcares y los convierte en etanol. Así, todos los procesos biológicos ocurren en una sola etapa. Como el CBP se realiza bajo condiciones anaeróbicas, se evitan los costos relacionados con la aireación, y la energía metabólica para la producción de celulosas es provista por la fermentación, resultando en etanol. Con el CBP, la producción de etanol de lignocelulosa se parece mucho a la producción de etanol de caña, con la diferencia que la lignocelulosa pre tratada recibe microbios fermentadores de celulosa, mientras que el jugo de caña recibe microbios fermentadores de azúcar.

INRA LILLE/S. CADOUXLos métodos biológicos alternativos para la producción de etanol de celulosa involucran múltiples etapas, y una de ellas requiere la producción aeróbica de celulosas, en la cual la energía metabólica para su producción es provista por la respiración, obteniéndose CO2, agua, y pérdida de valor calorífico de la materia prima. También existen formas no biológicas para superar la tenacidad de la celulosa, tales como la hidrólisis ácida o la gasificación. El CBP fue posible gracias a los avances en biotecnología que sólo recientemente pudieron demostrarse en condiciones industriales. Ahora bien, la hidrólisis ácida y la gasificación están siendo testeadas industrialmente desde hace décadas y nunca observé avances en estas tecnologías con impactos comparables a los del CBP.

¿Es cierto que su tesina de grado, de hace 30 años, ya sugería esa solución?
El CBP fue el punto central de mi monografía concluida en 1979, aunque esa estrategia de procesamiento haya recibido una denominación diferente. Yo vengo trabajando en eso desde entonces. Estoy satisfecho de que ese largo camino parezca estar cerca de hacerse realidad.

¿Cuáles son las perspectivas de la tecnología patentada por Mascoma? ¿El capital de riesgo está ayudando en el fomento de las investigaciones para la obtención de etanol celulósico?
Avizoro que la tecnología CBP de Mascoma, incluyendo tanto los avances ya obtenidos como los que se hallan en proceso, harán viables plantas comerciales de etanol celulósico en un futuro próximo, al tiempo que deberán agregarle valor a los agricultores y crearán una plataforma a partir de la cuál será posible producir una diversidad de productos provenientes de materias primas lignocelulósicas. Resulta importante comprender que el abordaje del CBP es propicio para la producción de todos los combustibles y productos obtenidos de la biomasa celulósica, y no sólo para el etanol. El capital de riesgo cumplió un papel vital para posicionar a la empresa Mascoma en la plataforma actual, y yo espero que los primeros inversores de la empresa sean recompensados. Contemplando el futuro de la empresa, preveo una mayor inversión de colaboradores institucionales, a semejanza de los capitales de riesgo. Mascoma adopta un modelo de negocio del tipo franquicia en el que nosotros tomamos una participación accionaria en una fábrica operada por colaboradores, en oposición con el modelo construya, posea y opere. Las asociaciones estratégicas representan una salida natural y prometedora para lograr un rápido impacto de mercado.

La caña de azúcar presenta un buen equilibrio energético y su producción se podría expandir en áreas degradadas o de pasturas en Brasil y en África. Su productividad aumentó en Brasil un 4% por año durante los últimos 30 años. ¿Cuál será, en su opinión, el futuro del etanol de caña de azúcar? ¿Por qué no continuar invirtiendo en la investigación para el etanol de primera generación?
La creciente demanda mundial por combustibles renovables y con baja emisión de gases de efecto invernadero exige la explotación y el desarrollo de materias primas diversas, incluyendo aquéllas de las cuales fácilmente se extraen azúcares simples y aquéllas que presentan mayor dificultad. La diversificación de las materias primas mejorará la previsibilidad global de los negocios para los productores de etanol, disminuyendo el impacto de las fluctuaciones de los precios de las materias primas tales como la caña, que posee mercados alternativos tal como se notó con la reciente duplicación de los precios del azúcar a nivel mundial. El etanol de caña de azúcar es reconocido por combinar, en mayor medida que otros biocombustibles, bajas emisiones de gases invernadero, elevada producción de combustible por hectárea e impactos leves sobre la contaminación del agua. De esa manera, figura entre las principales opciones consideradas por los países que buscan aumentar la producción de biocombustibles. El etanol de caña y la experiencia adquirida en su producción también resultan importantes en lo atinente a las tecnologías emergentes para producir biocombustibles a partir de la lignocelulosa. El bagazo de caña es un punto lógico de comienzo y un campo de pruebas para tales tecnologías. De esta manera, parientes cercanos de la caña de azúcar, incluyendo en ello, sin perjuicio de otros, el Miscanthus, tienen potencial como materia prima para la conversión de lignocelulosa, pudiendo producirse en climas templados, donde actualmente la caña no prospera. Los biocombustibles celulósicos también ofrecen oportunidades para responder a las preocupaciones relativas a la disponibilidad de la tierra. No obstante, el procesado de lignocelulosa debe avanzar bastante hasta que su costo sea competitivo con la producción de etanol de caña. En el corto plazo, el etanol de celulosa y el etanol de caña prometen ser mucho más complementarios que competidores. A largo plazo, cualquier transición del etanol de caña hacia el celulósico ocurrirá probablemente en forma moderada, no abruptamente, vinculándose únicamente con procesos y materias primas que ofrezcan mejoras en relación con las prácticas corrientes. En cuanto a la investigación, evidentemente tenemos que mejorar las buenas cosas que estamos haciendo pero también tornar viables cosas buenas que aún no somos capaces de hacer. De esta manera, tiene sentido seguir con la investigación referente al etanol de caña, pero también incluimos una línea agresiva de investigación para establecer el etanol lignocelulósico, especialmente ahora que su aplicación comercial se encuentra a nuestro alcance.

En un artículo que escribió junto con Nathanael Greene se expresa que los biocombustibles conforman una pequeña parte del actual escenario de precios de los alimentos, consumiendo tan sólo un 4% de los granos producidos en el mundo, y existe poca evidencia de que los precios de los alimentos fueran mucho menores si no existiese la producción de biocombustibles. ¿Cuál es el tamaño real del riesgo en materia de seguridad alimentaria?
Aunque las cuestiones que involucran seguridad alimentaria, biocombustibles, y sus interacciones sean complejas, pueden realizarse algunas observaciones importantes. Existen fuertes evidencias que confirman una afirmación reciente, realizada por un grupo de investigadores en la revista Science, según la cual no podemos darnos el lujo de desperdiciar los beneficios otorgados por los biocombustibles producidos de manera correcta, tanto en el combate contra el efecto invernadero como en relación con los beneficios ambientales y sociales. Pero tampoco debemos aceptar los impactos indeseables de los biocombustibles obtenidos de manera equivocada. En este contexto, resulta particularmente importante comprender dos puntos. Primero: los riesgos ambientales y relacionados con el uso de la tierra asociados con los biocombustibles obtenidos de manera errónea son evitables y no necesariamente una consecuencia de la propia producción de los mismos. Segundo: existen riesgos para el medio ambiente y para otros intereses importantes asociados, justamente cuando se deja de investigar los biocombustibles. Los probables resultados de no apuntar a los biocombustibles incluyen el aumento de la producción de petróleo a partir del aceite de esquisto y arenas bituminosas o el desperdicio de oportunidades para el desarrollo económico rural y la seguridad energética. Como consecuencia de la escasez de alternativas de combustibles líquidos para vehículos pesados, resulta más fácil desarrollar un sector de transporte sostenible con los biocombustibles que sin ellos.

WIKIMEDIA COMMONS¿Cuáles son sus expectativas en relación con el proyecto Global Sustainable Bioenergy (GSB)? ¿Qué contribución pueden ofrecer los investigadores invitados?
Actualmente existe gran confusión e incertidumbre con relación a algunas cuestiones. Una de ellas es la siguiente: ¿vale la pena apostar a que la bioenergía desempeñará un rol importante en el futuro Y, en caso afirmativo, ¿qué políticas son necesarias para garantizar un resultado sostenible? Esa incertidumbre es pésima. Por un lado puede significar que desviamos nuestro foco debido a una visión distorsionada del potencial de la bioenergía. Por otro, que nuestra ambivalencia en relación con ella está haciendo que invirtamos menos en su potencial que lo que los méritos recomiendan. O peor, las dos cosas al mismo tiempo. Espero que el proyecto GSB aporte claridad y consenso a estas cuestiones. Uno de los objetivos clave del proyecto, y de su fase 2 en particular, es la búsqueda activa de escenarios para la utilización futura de la tierra no vinculada con las tendencias actuales. Tales escenarios son, por definición, actualmente improbables. Sin embargo, los escenarios improbables de hoy son exactamente los que necesitamos, pues no podemos lograr un mundo seguro y sostenible dando continuidad a las prácticas que originaron resultados tan insustentables e inseguros en el presente. El análisis de las posibilidades de uso futuro intensivo de la bioenergía, realizado en la fase 2, aportará  motivación e información para la fase 3 del proyecto, que así volverá al presente, abordando caminos y políticas de transición, cuestiones éticas y financieras, como así también análisis en escala local. Para lograr viabilidad, relevancia e impactos globales, resulta esencial que el proyecto involucre a analistas y tomadores de decisiones de todo el mundo.

¿Se espera un aporte específico por parte de los investigadores brasileños?
La participación brasileña en el proyecto resulta importante por varias razones. Primero: Brasil tiene mucho que enseñar al mundo al respecto de su estrategia en el campo de los biocombustibles. La participación del combustible proveniente de la biomasa en su matriz energética es mayor que la de cualquier otro país del mundo. En segundo lugar, durante el curso de las discusiones informales asociadas con la planificación del proyecto GSB, los expertos brasileños recordaron que la preocupación expresada en Estados Unidos y Europa en relación con la modificación del uso de la tierra es vista desde una perspectiva muy diferente en América del Sur y en África. Perspectivas como ésa son esenciales para lograr los objetivos del proyecto GSB. Finalmente, como país que posee una gran industria de biocombustibles, una moderna infraestructura y una numerosa población pobre, Brasil se halla en una posición privilegiada para ayudar en la comprensión de los impactos de los biocombustibles en el mundo en desarrollo y en el combate contra la pobreza.

¿El grupo analizará solamente las tecnologías de segunda generación o también evaluará los progresos en tecnologías de primera generación? ¿Qué materias primas se considerarán?
El proyecto partirá de un abordaje neutro en relación con las materias primas teniendo en cuenta el desempeño de cada una, considerando fuentes de primera generación y tecnologías, en la medida en que ellas respondan a los objetivos. No tomamos decisiones en relación con materias primas específicas.

¿El grupo evalúa las emisiones de gases y otros problemas relacionados con los cambios en el uso de la tierra?
A diferencia de muchos estudios, nuestro mayor énfasis está puesto en evitar impactos indeseables asociados con cambios indirectos en la utilización de la tierra, presumiendo que hubo motivación para que ellos sucedan, en lugar de cuantificar tales cambios, presumiendo que no hubo tal motivación.

¿Cuáles son sus expectativas al respecto de las inversiones y los avances de las tecnologías verdes, tales como el etanol celulósico, con el gobierno del presidente Obama ?
Como resultado tanto de un discernimiento peculiar como del momento que se está viviendo, el presidente Obama, el secretario de Energía, Steven Chu, y otros miembros del gobierno han dado una mayor prioridad a las tecnologías verdes que las administraciones anteriores. Todavía no sabemos con certeza cómo se traducirá eso en acciones. Pero me encuentro esperanzado, tanto por la conciencia de la administración en cuanto a la importancia de las energías renovables como por algunos positivos pasos iniciales, tales como los dos mil millones de dólares para apoyar investigaciones acerca de la producción sostenible de energía y su conservación. Considero que Estados Unidos y otros países desarrollados tienen una obligación moral y un interés pragmático por modificar nuestra utilización de recursos tomando como ejemplo las prácticas adoptadas por el mundo en desarrollo.

¿Cuál es su opinión sobre los nuevos abordajes para la obtención de biocombustibles, tales como la gasolina verde, producida a partir de azúcares derivados de la biomasa?
Debemos considerar todas las tecnologías de conversión capaces de producir combustibles de transporte aceptables, siempre y cuando superen un test de factibilidad, revelándose rentables y pasibles de producción en gran escala. Existe claramente el interés de varios actores, incluyendo las empresas multinacionales del petróleo, por desarrollar biocombustibles, tanto para vehículos pesados como livianos. Considero además que a largo plazo será mayor la necesidad de biocombustibles para vehículos pesados que para vehículos personales. La compatibilidad con la infraestructura existente del petróleo combustible es importante, pero el precio y el desempeño serán los factores determinantes a largo plazo. Elaborando un poco eso, pienso que un abordaje de tres etapas tiene sentido en relación con las nuevas tecnologías energéticas. El primer paso es el denominado sniff test, un test para evaluar si la idea cuenta con potencial para ser rentable y producida en escala. Deseamos que las tecnologías superen el test porque precisamos múltiples caminos para obtener éxito. Sin embargo, no debemos demorarnos con ideas que no representen una esperanza realista de obtención de un resultado significativo. En mi opinión, no todas las tecnologías energéticas que se encuentran en desarrollo tanto por parte de gobiernos como por el sector privado pasaron por este test. En una segunda etapa, las actividades enfocadas en la innovación deben fomentarse para explotar una vasta gama de tecnologías que superaron el test. Tal como lo hace el capital de riesgo, necesitamos de una cartera diversificada de unas diez inversiones, ya que cinco pueden fallar completamente, tres pueden tener éxito en forma marginal, pero dos deben tener éxito para pagar por todo el resto. Apostar a soluciones únicas no es la mejor manera de asegurar un tránsito exitoso por el proceso de transición sostenible. Y, luego de una gran inversión en innovación, las soluciones que se adoptarán en gran escala deben ser determinadas por los consumidores, en respuesta al desempeño de los productos y a su valor, determinado tanto por el costo de producción como por los valores sociales no contemplados por las fuerzas del mercado.

Con relación a la capacidad de realizar la transición hacia una economía sostenible, usted dijo cierta vez que, en algunos centenares de años, cuando las personas miren hacia atrás y analicen nuestra época, una de las cosas claves sobre las que nos juzgarán será por nuestra habilidad para lidiar o no con esa transición. ¿Estaremos actuando bien? ¿Usted es optimista?
Bueno, yo creo que nuestra situación aún es peligrosa en términos absolutos, pero la tendencia en cuanto al aumento de la concientización y el sentido de la urgencia es positiva. Las trayectorias actuales no son sostenibles, y debemos, por lo tanto, ver más allá de ellas con el objetivo de hallar futuros viables. En ese contexto, es necesario admitir que el business as usual tal como se encuentra es, en realidad, una fantasía, no una plataforma. El primer paso para tornar reales los escenarios futuros vistos como improbables es demostrar que ellos son posibles. Yo estoy dedicando mi carrera a desarrollar esa comprensión de posibilidad, tanto en el nivel tecnológico como en el de los recursos y cuestiones ambientales.

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