Aportes para la optimización de la producción de bioetanol

Una investigación realizada por la doctora Lucinda Mulko, becaria de Conicet y graduada del Doctorado en Ciencias Químicas, reveló importantes aportes para optimizar la producción de bioetanol y disminuir costos de producción.

El estudio realizado por la investigadora de la Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales, demuestra que a partir del empleo de enzimas y levaduras inmovilizadas se generan múltiples mejoras en la generación de bioetanol, lo que posibilita reducir  costos y sin tener que generar cambios radicales en el proceso de producción.

El bioetanol es un biocombustible de origen vegetal que se produce a partir de la fermentación microbiológica de fuentes amiláceas o ligninocelulósicas  presente en los cultivos cerealeros , como el maíz, el sorgo granífero o la remolacha azucarera.Se utiliza en motores de combustión interna  como sustituto de combustibles fósiles. Actualmente, en nuestro país el corte de bioetanol en naftas es del 12 % y se planea llegar al 15% en el próximo año.

Los aportes de la investigación realizada por la doctora Lucinda Mulko adquieren especial relevancia en un escenario de crecimiento sostenido en la producción mundial de biocombustibles, y más aún si se tiene en cuenta el crecimiento de dicha actividad en Río Cuarto y la región.

 

Sistema clásico de producción

La producción de bioetanol se basa en un proceso que involucra tres reacciones químicas principales: hidrólisis, sacarificación y fermentación.  En la mayoría de los casos, se parte de una materia prima rica en almidón o celulosa, que una vez hidrolizada y sacarificada para para obtener glucosa mediante unas enzimas específicas (alfa y gluco amilasas), se somete a fermentación de donde se obtiene el etanol.

En  el proceso de fermentación alcohólica y anaeróbica (en ausencia de oxígeno) la levadura Saccharomyces cerevisiae, transforma glucosa,  mediante un complejo ciclo de reacciones biológicas, en etanol y otros subproductos (metanol, ácido acético entre otros).

La doctora en Ciencias Químicas, Lucinda Mulko, indicó que “en el proceso de producción clásico tanto enzimas como levaduras, son adicionadas a la mezcla de reacción y permanecen suspendidas libremente en el medio, con lo cual resulta dificultoso de ser operado de forma continua e imposibilita la reutilización de los catalizadores (enzimas y levaduras). En consiguiente, los niveles de rentabilidad del proceso convencional son bajos”.

Ante este indicador, desde el área de Materiales Avanzados, surgió la necesidad de estudiar distintas opciones que posibiliten el aumento de la productividad del proceso, permitan altos rendimientos del producto y disminuyan costos y tiempos de operación. Ese fue el eje principal de la investigación realizada por la becaria de Conicet Lucinda Mulko.

 

Mejoras en la producción

A través de su trabajo, la joven química de la Facultad demostró que el empleo de enzimas y levaduras inmovilizadas en una matriz polimérica y monolítica, ofrece múltiples mejoras y no implica cambios radicales en el proceso de producción. Remarcó que utilizar hidrogeles como matriz de inmovilización permitiría reducir un 30 por ciento los costos de producción porque se pueden volver a re-utilizar los materiales.

“Nuestro grupo de trabajo, dirigido por el doctor César Barbero, se dedica a la síntesis de diversos materiales poliméricos novedosos, una de las ramas que investiga el grupo es la de hidrogeles: son polímeros tridimensionales, altamente porosos e insolubles en agua, que tienen la particularidad de poder incorporar entre sus redes sustratos activos o componentes activos. En mi caso utilicé enzimas y levaduras para mejorar la producción de bioetanol”, expresó Lucinda Mulko.

En la primera etapa la científica realizó la síntesis y la caracterización de estos materiales y en la segunda, “, realicé la verificación en donde quedó comprobado que estos materiales efectivamente sirven para la producción de bioetanol”, dijo la becaria de Conicet.

La doctora Mulko sostuvo que “las levaduras fueron retenidas de manera eficiente en hidrogeles, presentando excelentes propiedades mecánicas y alta viabilidad celular”. Indicó que durante la reacción de fermentación, “los hidrogeles mostraron un transporte difusivo rápido permitiendo que los sistemas hidrogel-levaduras alcancen rendimientos y productividades de etanol similares a las levaduras libres”. Por otra parte, destacó que “los catalizadores inmovilizados fueron capaces de mantener su actividad por hasta cinco ciclos de reacción”. Respecto a la temperatura de operación, dijo que “los catalizadores inmovilizados lograron soportar activamente hasta una temperatura de trabajo 10 ºC superior a la máxima soportada por los catalizadores libres. También se mostraron más resistentes a la presencia de etanol (aunque por tiempos limitados) y respondieron en forma positiva al incremento de glucosa inicial en el sistema”. Por último, también se trabajó con hidrogeles reforzados con otro tipo de materia, muy en boga en el área de Nanomateriales: óxido de grafeno, generando un nanocompuesto que permitió retener más eficientemente a los catalizadores y mejorar sus propiedades mecánicas.

 

Conclusión de la investigación

La doctora Lucinda Mulko dijo que “matrices de hidrogeles de poliacrilamida reforzadas con oxido de grafeno (nanocompuestos), ofrecen múltiples posibilidades al implementarse como matrices de inmovilización de biocatalizadores para la producción de bioetanol”. Señaló que “el particular carácter monolítico y macroporoso de estos hidrogeles los hace especialmente adecuados para salvar tres dificultades, frente a otras matrices de inmovilización: la facilidad de reutilización, la mayor tolerancia a condiciones medioambientales adversas y el atrapamiento del componente activo durante un periodo prolongado de tiempo”.

El estudio fue realizado en el marco de su trabajo de tesis titulado “Nuevos materiales para el mejoramiento de la producción de bioetanol. Desarrollo y optimización de reacciones con levaduras y enzimas inmovilizadas”. Fue dirigida por el doctor Diego Acevedo y co-dirigida por la doctora Claudia Rivarola, ambos docentes de la Universidad Nacional de Río Cuarto.

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