Butanol a partir de sarmientos de poda
Producción de butanol mediante fermentación de los sarmientos de poda.
OBTENCIÓN DE BUTANOL A PARTIR DE SARMIENTOS DE PODA
¿Qué es el butanol?
El butanol es un alcohol de cuatro átomos de carbono. Hasta la década de 1960, el butanol se obtenía industrialmente mediante la fermentación de sustratos ricos en carbohidratos (cereales, melaza, patatas, etc.) mediante la ruta metabólica acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando bacterias del género Clostridium. Sin embargo, el elevado precio de estas materias primas y el desarrollo de la industria petroquímica hicieron que esta ruta de producción fuese sustituida por la síntesis química de butanol a partir de propileno.
Usos del butanol
El butanol es un alcohol con numerosas aplicaciones: disolvente, extractante, producto base en la industria química o combustible, entre otras muchas. Está identificado como un biocarburante avanzado frente al etanol.
Producción de butanol a partir de fuentes renovables: biomasa lignocelulósica
A pesar del abandono de la ruta fermentativa ABE por parte de la industria a causa del alto precio de las materias primas utilizadas, el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento de la biomasa lignocelulósica podría permitir el uso de este tipo de sustratos de menor coste para producir butanol mediante fermentación y mejorar la viabilidad económica del proceso.
La biomasa lignocelulósica es de origen vegetal y está constituida principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa y la hemicelulosa son fibras de naturaleza polisacarídica (largas cadenas de moléculas de azúcares). Para poder fermentar este tipo de biomasa, es preciso someterla a un pretratamiento para liberar los azúcares fermentables (glucosa, xilosa, arabinosa, etc.) de la celulosa y la hemicelulosa, ya que las bacterias del género Clostridium implicadas en la fermentación ABE no son capaces de liberar estos azúcares por sí mismas. Estos pretratamientos consisten en procesos físico-químicos (por ejemplo, la aplicación de ácidos o álcalis a altas temperaturas) combinados con procesos de hidrólisis con enzimas. A la hora de llevar a cabo estos pretratamientos, no se pueden utilizar condiciones excesivamente fuertes, ya que, además de suponer un importante coste energético, ello conduciría a la generación de compuestos inhibidores del crecimiento bacteriano, como ácido fórmico, furfural o compuestos fenólicos.
Los sarmientos de poda: un recurso infravalorizado
En el año 2018, la superficie destinada a viñedos en España fue de aproximadamente 7.450.000 ha, según la Organización Internacional de la Viña y el Vino (OIV). Se estima que la poda vitivinícola genera entre 1,7 y 3,0 toneladas de sarmientos por hectárea, dependiendo del tipo de conducción aplicado a las vides. Con carácter general, los sarmientos se queman de modo controlado en el campo, con los consiguientes problemas medioambientales vinculados a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). Además, entre las actuales aplicaciones del sarmiento están el compostaje con la finalidad de obtener fertilizante agrícola y el aprovechamiento energético como biomasa en instalaciones térmicas y eléctricas.
El proyecto Biovino propone un aprovechamiento de mayor valor añadido para los sarmientos, consistente en su utilización como materia prima en procesos de bioconversión para la obtención de butanol mediante fermentación ABE.
Producción de butanol a partir de sarmientos
En el proyecto Biovino, se recolectaron muestras de sarmientos de poda en parcelas experimentales del ITACyL (Finca Zamadueñas, Valladolid, España). Estos sarmientos contenían aproximadamente un 50% de carbohidratos totales (33% celulosa, 11% hemicelulosa).
Los estudios se centraron en la optimización del pretratamiento de los sarmientos (para obtener concentraciones elevadas de azúcares y concentraciones bajas de inhibidores), la selección de una cepa de Clostridium adecuada y la reducción de los costes durante la fermentación. Gracias a estos trabajos de optimización, fue posible obtener 7-9 g/L butanol a partir del hidrolizado de sarmientos, añadiendo únicamente como nutrientes una sal de amonio y una sal de hierro. El pH de la fermentación se logró controlar utilizando residuos alimentarios ricos en carbonato de calcio (cáscara de huevo). Las concentraciones de butanol alcanzadas son muy prometedoras, puesto que son similares a los valores obtenidos en la fermentación ABE de otros residuos agroalimentarios a escala mundial.
Conclusiones
Esta es la primera vez que se consigue producir butanol a partir de sarmientos de vid y cabe destacar que las concentraciones de ABE alcanzadas son elevadas para un material lignocelulósico. Asimismo, se ha demostrado que es posible reducir los gastos en reactivos mediante la adición de menos nutrientes. Por lo tanto, los sarmientos podrían ser una materia prima interesante para las biorrefinerías en un futuro, lo cual resultaría beneficioso para los viticultores.
Más información
Enlace al artículo en la revista: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.05.093.
Enlace al repositorio de acceso abierto (prepublicación): https://doi.org/10.5281/zenodo.4899179.