En busca de los microorganismos “mágicos” que transformen los residuos de la agricultura en etanol

16 July, 2012 | By More

EN BUSCA DE LOS MICROORGANISMOS “MÁGICOS” QUE TRANSFORMEN LOS RESIDUOS DE LA AGRICULTURA EN ETANOL

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Por: Dora de Alonzo, Ph.D. ¦ 16 de julio de 2012

Actualmente, el etanol es producido a través de la fermentación de mono- y di-sacáridos como glucosa y sacarosa con levaduras comunes. Dichos sacáridos simples se obtienen usualmente a partir maíz, remolacha, yuca, caña de azúcar, entre otros. Pero el reto actual de los investigadores es encontrar un microorganismo que sea capaz de fermentar directamente los desechos de la agricultura – como lo son, cascarillas, olotes, y demás co-productos subutilizados – y transformarlos en etanol. Dicho concepto es conocido como el Bio-Procesamiento Consolidado (BPC).

Izquierda – Allison Speers estudiante del departmento de Microbiologia y Genetica Molecular de la Universidad Estatal de Michigan. Derecha – celda electroquímica. Foto cortesía de Gemma Reguera, Ph.D.

La investigadora de origen español, Dra. Gemma Reguera, y su aprendiz Allison Speers que actualmente trabajan en el Departamento de Microbiología y Genética Molecular de la Universidad Estatal de Michigan propusieron recientemente la utilización de un consorcio de microorganismos que actúa conjuntamente para convertir los residuos de agricultura en etanol e hidrógeno de forma simultanea. En su investigación, el equipo empleó mazorcas de maíz previamente procesadas utilizando el método de expansión de fibras con amoniaco (para mejorar la digestibilidad). Para la experimentación se empleo celdas electroquímicas donde se inocularon dos bacterias Geobacter sulfurreducens y Cellulomonas uda que actuaron en conjunto para producir un alto rendimiento de etanol. En condiciones óptimas de crecimiento (con un nivel de nitrógeno adecuado) se obtuvo una eficiencia energética del 73%. Dicha eficiencia energética es estimada como la relación entre el poder calorífico del etanol mas el del hidrógeno respecto al poder calorífico de la mazorca mas la energía que es necesaria para catalizar el proceso (incluyendo la energía para el tratamiento químico de la mazorca y la conversión de electricidad en hidrógeno).

Acerca de las perspectivas futuras la Dra. Reguera nos comenta: “estamos preparando un manuscrito que describe la optimización de parámetros operacionales y el desarrollo de cepas mejoradas que nos permiten fermentar cantidades mayores del substrato y aumentar la productividad de etanol (cantidad de etanol por unidad de tiempo) de forma significativa. El paso siguiente es adaptar bio-reactores comerciales para que funcionen como celdas de electrolisis”. Esta investigación abre la posibilidad de utilizar al máximo los residuos de la agricultura sin necesidad de emplear enzimas que son típicamente el cuello de botella económico para implementar este tipo de bioprocesos.

Para mayor información sobre esta investigación recomendamos:

Speers A.M., Reguera G., Consolidated Bioprocessing of AFEX-Pretreated Corn Stover to Ethanol and Hydrogen in a Microbial Electrolysis Cell, Environmental Science & Technology. In Press.

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In the search for the “magical” microorganisms that transforms agriculture waste into ethanol

By: Dora Alonzo, Ph.D. ¦ July 16, 2012

Currently, ethanol is produced through the fermentation of mono- and di-saccharides, such as glucose and sucrose using common yeast. These simple saccharides are typically obtained from beet, corn, cassava, sugarcane, among others. But the current challenge for researchers is to find a microorganism that is capable to directly ferment agriculture waste – such as, husks, corn cobs and other underutilized by-products – and transform them into ethanol. This concept is known as Consolidated Bio-processing (BPC).

Left- Allison Speers student at the Microbiology and Molecular Genetics Department of the University of Michigan. Right – Electrochemical fuel cell. Picture courtesy of Gemma Reguera Ph.D.

Spanish researcher, Gemma Reguera, Ph.D., and her advicee Allison Speers with the Microbiology and Molecular Genetics Department of the University of Michigan recently proposed the use of a consortium of microorganisms that together convert agriculture waste into ethanol and hydrogen simultaneously. For the research, the team employed AFEX-pretreated corn stover to improve microbial digestibility. Electrochemical fuel cells where inoculated using two bacteria Geobacter sulfurreducens and Azospirillum uda that together produce a high yield of ethanol. An energy efficiency of 73% was obtained in optimal conditions for growth (with sufficient nitrogen). This energy efficiency was estimated as the ratio of the calorific value of ethanol plus the calorific value of hydrogen with respect to the calorific value of corn stover plus the energy to catalyze the process (including the energy for the chemical pre-treatment and the conversion of electricity into hydrogen).

About the future perspectives on research, Reguera said: “we are preparing a manuscript describing the optimization of operational parameters and the development of improved strains that will allow us to increase solid loadings and significantly increase the productivity of ethanol (amount of ethanol per unit of time).The next step is to adapt commercial bio-reactors so that they work as electrolysis cells”. This research opens up the possibility to maximizing the utilization of agriculture residues without use of enzymes that typically are the economic bottleneck to implement this type of bioprocesses.

For more information on this research, we recommend:

Speers A.M., Reguera G., Consolidated Bioprocessing of AFEX-Pretreated Corn Stover to Ethanol and Hydrogen in a Microbial Electrolysis Cell, Environmental Science & Technology. In Press.

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Category: Bioenergía: Biomasa, Biocombustibles y Biogas, Hidrógeno

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