APLICACIONES DE LA MICROBIOLOGIA AMBIENTAL: PRODUCCION DE COMBUSTIBLES (ETANOL E HIDROGENO)

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Haciendo el análisis con las tecnologías convencionales y pensando solamente en caña de azúcar y maíz, dado que los otros cultivos (yuca, sorgo y remolacha) no son comúnmente manejados en México, los costos totales se moverían en un rango de 40 a 60 centavos de dólar por litro producido.

Inclusive, en caso del maíz, en el que el modelo supuso un precio por debajo del mercado y un rendimiento superior a la media nacional (120 dólares por tonelada y 10 toneladas por hectárea), el costo total fue de 44 centavos de dólar por litro (molienda en seco), costo superior al de Estados Unidos que promedia 34 centavos de dólar por litro. Al aumentar el precio del maíz a una cantidad más realista, 200 dólares por tonelada, por ejemplo, y bajar la productividad a niveles del promedio nacional, el costo total de producir etanol, a partir del maíz, se eleva considerablemente, pudiendo llegar a 60 centavos de dólar por litro.

Esto nos hace visualizar que la posibilidad de producir etanol a partir del maíz, debe revisarse con sumo cuidado para México, ya que, además de ser deficitario en ese grano, el precio internacional muestra inestabilidad a la alza, provocados, en parte, por el desvío de un mayor volumen de maíz hacia la producción de etanol en Estados Unidos.

Ese país está produciendo etanol a base de maíz, fundamentalmente por las siguientes cuatro razones: Primero, es un país superavitario en la producción de maíz, y por tanto, exportador neto de ese grano, mientras México es deficitario en el mismo renglón. Segundo, la productividad promedio del cultivo es mayor, mientras Estados Unidos observa valores de 10 toneladas por hectárea, México obtiene 3 toneladas por hectárea (nacional). Tercero, tiene costos de producción menores que México. Y cuarto, los apoyos y subsidios en Estados Unidos al cultivo de maíz son mayores que en México.

En el caso de la caña de azúcar, México también tendría que irse despacio, ya que existen fuertes distorsiones en el mercado de la caña debido, a los problemas estructurales del sector, y por los fuertes problemas de productividad por hectárea. No hay que olvidar que existe un superávit de azúcar en México, y que es una fuerte razón por la cual no se ha incrementado la superficie sembrada de ese cultivo. Actualmente, se cultivan, aproximadamente, 613 mil hectáreas, con una productividad media de 77 toneladas por hectárea.

Aquí, el reto es elevar la productividad masificando el uso de tecnología y mejoramiento de variedades, negociando nuevos esquemas con los productores cañeros, para que, paulatinamente, vayan mejorando su rentabilidad y puedan capitalizar sus unidades productivas. En el eslabón de la industria, utilizando las tecnologías disponibles y conocidas para la producción de etanol, y cruzándolas con los cinco cultivos analizados, se obtuvieron los rendimientos de transformación indicados en la gráfica 2, en la cual se concluye que la mayor productividad para producir etanol lo genera la caña de azúcar, enseguida la remolacha y después el maíz.[pic 4]

PRODUCCIÓN DE ETANOL COMO ALCOHOL CARBURANTE

Según datos de F.O. Licht, la producción mundial de Etanol en 2004 fue de cerca de 41000mill de litros (RFA, 2005; Tabla I). En promedio, el 73% del Etanol producido mundialmente corresponde a alcohol carburante, el 17% a alcohol para bebidas y el 10% es alcohol industrial. Los datos para el alcohol carburante tomados de diversas fuentes indican que Brasil y EEUU contabilizan el 73% de la producción mundial (12,600 y 10,666 mil L en 2003, respectivamente) aunque este porcentaje está cambian-do constantemente debido a la dinámica del mercado mundial de este biocombustible. El microorganismo más utilizado para la obtención de Etanol es la levadura Saccharomyces cerevisiae, que convierte las hexosas en Etanol[pic 5]

En condiciones anaeróbicas, generando 2 moles del compuesto portador de energía en los seres vivos, el adenosín trifosfato (ATP), por cada mol de hexosa consumida (Claassen et al., 1999), además de 2 moles de Etanol. Este microorganismo tiene también la capacidad de convertir las hexosas en CO2 aeróbicamente, por lo que en dependencia de las concentraciones de O2 en el medio de cultivo y de la fuente de carbono, se puede favorecer uno de los dos procesos. Las levaduras tienen la ventaja adicional de tolerar concentraciones relativamente altas de Etanol (hasta150g·L-1).Entre las bacterias, la más promisoria es Zymomonas mobilis, la cual convierte 1 mol de hexosa en 1 mol de Etanol, liberando tan sólo 1 mol de ATP, lo que resulta en mayores rendimientos (hasta un 97% del máximo teórico). Esta bacteria tiene una alta tolerancia al alcohol (100g·L-1), pero su rango de sustratos fermentables es también muy estrecho (glucosa, fructosa y sacarosa; Claassen et al., 1999; Hawgood etal., 1985). Además, su uso en los cultivos a partir de jarabe de caña de azúcar conlleva a la formación del polisacárido Lévano, el cual aumenta la viscosidad de los caldos de fermentación, y de sorbitol, lo cual reduce la eficiencia de la conversión de sacarosa a Etanol (Doelle y Doelle, 1989; Grote y Rogers, 1985). Se han evaluado otros micro-organismos con capacidad de hidrolizar la celulosa, de asimilar pentosas y de trabajaren condiciones termofílicas, ya que el incremento de la temperatura acelera los procesos metabólicos y disminuye las necesidades de refrigeración. Entre los microorganismos de este tipo se encuentran levaduras como Pichia stipitis, Candida shehataey Pachyso-len tannophilus, pero su tasa de producción de Etanol a partir de glucosa es por lo menos 5 veces menor a la observada para S.cerevisiae (Claassen et al., 1999). Otro grupo importante de microorganismos productores de Etanol son los clostridios termofílicas y sacarolíticos como Clostridium thermo-hydrosulfuricum, C. thermosaccharolyticumy C. thermocellum, los cuales pueden sintetizar hasta 2 mol de Etanol por mol de hexosa. La principal desventaja es que su tolerancia al alcohol es muy baja, por lo que las máximas concentraciones alcanzadas son de menos de 30g·L-1.La mayor parte del Etanol es producido mediante fermentación por lotes. La concentración de sustrato al inicio dela fermentación es de 15-25% (p/v) y el PH se ajusta a un valor de 4-5 para disminuirlos riesgos de infección. El proceso se lleva a cabo a 30-35ºC. Generalmente el rendimiento es del 90% del máximo teórico. El resto del sustrato es convertido en biomasa y otros metabolitos. La concentración de Etanol al término de la fermentación es de 80-100g·L-1(Claassen, 1999). En la mayoría delas destilerías, el tiempo de fermentación es de 24h, aumentándose 6 h para la sedimentación de las levaduras en los tanques (Pandey y Agarwal,