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El director del Joint BioEnergy Institute, Jay Keasling, sigue intentando desarrollar biocombustibles avanzados asequibles

Energía

El hombre que sigue intentando salvar al mundo con biocombustibles

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Hace una década, la idea de que estos carburantes verdes podrían sustituir al combustible fósil causaba fervor. Pero la crisis económica se llevó por delante este sueño. Sin embargo, el científico Jay Keasling sigue luchando por cumplir esta promesa, y cree que lo conseguirá en unos 10 años

  • por James Temple | traducido por Mariana Díaz
  • 28 Mayo, 2018

En las últimas semanas de 2008, el Departamento de Energía de Estados Unidos invitó a políticos y prensa a la inauguración del Joint BioEnergy Institute (JBEI, por sus siglas en inglés) celebrada en California (EE. UU.). Este laboratorio de vanguardia, respaldado por unos 106 millones de euros de fondos federales, llenó el último piso de un edificio de oficinas cuyas relucientes ventanas de cristal reflejaban las grandes esperanzas de los biocombustibles avanzados.

Durante el acto, el biólogo sintético de la Universidad de California en Berkeley (UC Berkeley em EE. UU.) Jay Keasling, que también es el director ejecutivo del JBEI, dijo: "Estamos congregando a las mejores personas en el mismo lugar para trabajar en lo que podría ser uno de los desafíos más importantes de nuestro tiempo".La misión de JBEI era producir biocombustibles económicos a partir de fuentes basadas en celulosa, es decir, las hojas y los tallos de plantas como el pasto varilla en lugar de emplear granos de cultivos alimentarios como el maíz. El objetivo del laboratorio era ir más allá del etanol, crear combustibles neutros en carbono que pudieran llenar los tanques de vehículos, aviones, barcos y camiones. Su logro prometía reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero y la dependencia de Estados Unidos hacia el petróleo.

JBEI está desarrollando tipos de switchgrass y sorgo que producen muchos más azúcares y mucho menos lignina.

Foto:  El JBEI está desarrollando variedades de pasto varilla y sorgo que producen mucho más azúcar y mucha menos lignina.

Keasling hizo tanto como cualquier otro para que el sector avanzara para cumplir la promesa de tales combustibles. Además de dirigir JBEI, cofundó varias start-ups que recibieron buenas financiaciones, incluidas LS9 y Amyris Biotechnologies, para convertir esa visión en realidad.

Pero una década más tarde, la industria está en ruinas. El JBEI y otros laboratorios de bioenergía financiados con fondos federales aún sobreviven, pero la mayoría de las compañías avanzadas de biocombustibles, incluida la de Keasling, han abandonado el sueño.

Las compañías estadounidenses solo están produciendo una pequeña porción del biocombustible basado en celulosa que exige el estándar de combustibles renovables establecido al final de la última administración del expresidente de Estados Unidos George W. Bush. Gran parte de esa producción se compone de etanol derivado de restos agrícolas como los tallos de maíz. Ante este infracumplimiento de la norma, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos se limita a emitir permisos anuales para biocombustibles avanzados, lo que, en gran medida, permite que la industria siga operando como siempre.

JBEI

Foto: El próximo objetivo del JBEI es desarrollar plantas que puedan producir biocombustibles avanzados por menos de 0,7 euros el litro.

El JBEI ha logrado algunos avances científicos, pero si hoy mismo quisiera poner en sus cultivos, técnicas y microorganismos  a escala comercial, el combustible resultante costaría 14 veces más de lo que pagamos en las gasolineras.

Producir biocombustibles avanzados y asequibles simplemente ha resultado ser un problema mucho más difícil de lo que se esperaba. Durante una entrevista en su oficina en el JBEI en marzo, Keasling admitió: "Es probable que lo hayamos subestimado y probablemente también lo sobre vendimos". Aun así, el científico no ha perdido la esperanza de un futuro en el que los biocombustibles sean un reemplazo viable para la gasolina, el diésel y el combustible para aviones.

"Inservibles de la noche a la mañana"

Keasling creció en una pequeña ciudad de Nebraska (EE. UU.), en una granja de maíz que ha pertenecido a su familia durante cinco generaciones. Durante sus estudios de posgrado en Ingeniería Química en la Universidad de Michigan (EE. UU.), quedó fascinado por el potencial de la ingeniería genética para resolver grandes problemas. Realizó investigaciones posdoctorales en la Universidad de Stanford (EE. UU.) y después, con 28 años, ingresó como profesor en la UC Berkeley.

Fue allí donde emprendió un pionero trabajo de biología sintética. Empezó a convertir la levadura y las bacterias en pequeñas fábricas de isoprenoides, una clase de compuestos utilizados para producir caucho, antibióticos y aromas. La técnica que desarrollaron Keasling y sus colaboradores es lo más destacable de su trabajo. El equipo desarrolló un proceso para producir un precursor sintético de la artemisinina (uno de los pocos tratamientos efectivos para la malaria) mediante la inserción del ADN de varios organismos diferentes en la E. coli y la levadura. Se considera que este proceso es uno de los primeros avances reales de la biología sintética.

Pasar de la artemisinina, un hidrocarburo molecularmente similar al petróleo, a los biocombustibles no requirió un gran esfuerzo creativo. En entrevistas anteriores, Keasling lo describió como una simple cuestión de eliminar algunos genes y agregar otros.

A principios de 2008, su start-up Amyris anunció que planeaba producir 3.700 millones de litros de biodiesel al año a partir de sus microorganismos creados con bioingeniería. Aseguró que el combustible solo costaría unos 50 euros por barril y que lo lograrían en solo un par de años.

Keasling muestra los laboratorios de vanguardia en JBEI, en Emeryville, California.

Foto: Keasling enseña los laboratorios de vanguardia del JBEI, en Emeryville.

Pero a medida que la recesión económica de 2008 avanzaba, los precios del petróleo cayeron de un máximo cercano a los 127 euros por barril hasta estar por debajo de los 25 euros el barril a finales de año. "Es difícil emocionarse con la economía renovable cuando un barril de petróleo cuesta 25 euros. La deuda y los mercados de acciones se volvieron inservibles de la noche a la mañana", recuerda el socio general de la firma de capital de riesgo Flagship Pioneering David Berry, que cofundó LS9 junto con Keasling en 2005.

La crisis económica se llevó por delante a muchas de estas nuevas empresas. Y la mayoría de las que sobrevivieron se movieron a otras líneas comerciales. LS9 se centró en la fabricación de productos químicos especializados y finalmente fue adquirida por Renewable Energy Group (ver Los combustibles generados por microorganismos se desploman).

Amyris, que se hizo pública en 2010, nunca logró producir su diésel renovable a escala comercial. Ahora se enfoca en nutracéuticos, productos para el cuidado de la piel y sabores y aromas artificiales. Un portavoz se negó a indicar el precio al que la compañía llegó a producir su biocombustible, pero Keasling estima que podría haber costado cerca de 1,5 euros el litro.

A pesar de todo el fervor que había hace una década, producir biocombustibles avanzados asequibles siempre fue una idea atrevida. Para empezar, es necesario plantar, cosechar, secar y transportar volúmenes masivos de cultivos, de la manera más limpia y sostenible posible. Pero la parte difícil viene después.

Para extraer combustible de los tallos y las hojas hay que separar los carbohidratos llenos de energía, que están en las paredes celulares de la planta, de las moléculas leñosas de lignina, las cuales se adhieren fuertemente a su alrededor. Por lo general, este proceso se lleva a cabo usando ácidos, presión y calor. Y también hacen falta microorganismos capaces de consumir esos carbohidratos, principalmente celulosa, y expulsar biocombustibles como productos de desecho. Pero a día de hoy, no se conoce ningún organismo capaz de producir un biocombustible que pueda servir para llenar el tanque de un vehículo actual de forma directa. Así que los científicos deben diseñarlos mediante manipulación genética.

A pesar de todo el esfuerzo y la financiación, algunas personas del sector creen que durante la última década, más o menos, no se han logrado muchos avances reales en estos desafíos. "La visión más extendida es que la cosa no ha cambiado mucho. El camino de la celulosa a los azúcares para el combustible no parece ser más prometedor a día de hoy", lamenta el profesor de ingeniería química del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE. UU.) Gregory Stephanopoulos.

El hito de los 2,5 euros por galón

Keasling no está de acuerdo, y defiende que el JBEI y otros laboratorios sí han generado avances importantes. Investigadores del Instituto de California, en centro en colaboración de seis laboratorios de investigación y universidades, han publicado cerca de 700 artículos en revistas científicas, han generado casi 30 patentes y han lanzado seis nuevas empresas.

Los investigadores de JBEI han modificado genéticamente variedades de pasto varilla y sorgo para que produzcan mucho más azúcar y mucha menos lignina que las plantas estándar. También han desarrollado un proceso para convertir la lignina en líquidos iónicos, que son sales que descomponen la biomasa, convirtiendo un producto de desecho en una herramienta efectiva para la deconstrucción de plantas.

También han logrado desarrollar microorganismos capaces de producir varios tipos de biocombustibles a partir de estas plantas, que son totalmente compatibles con los combustibles actuales. Entre sus avances está el pineno, un precursor del combustible para aviones; el isopentenol, que podría reemplazar a la gasolina; y el bisabolene, que produce "un increíble diésel", dice Keasling.

Estos avances colectivos han reducido el coste de un galón de biocombustible de próxima generación desde los cerca de 254.000 euros iniciales hasta los aproximadamente 30 euros para una producción a escala comercial, señala Keasling.

Pero nadie estaría dispuesto a seguir apostando por biocombustibles que cuestan 30 euros el galón, cuando la misma cantidad de gasolina cuesta poco más de dos euros. Así que el laboratorio ha inaugurado una nueva etapa de investigación, con el objetivo específico de reducir esa brecha. En julio del año pasado, el JBEI y otros centros federales de investigación en bioenergía aseguraron la renovación de 21 millones de euros anuales en fondos federales, la misma cantidad que ha recibido desde su creación.

Keasling examina el material vegetal que se somete al proceso de deconstrucción.

Foto: JBEI está desarrollando variedades de pasto varilla y sorgo que producen muchos más azúcares y mucha menos lignina.

El objetivo declarado en la solicitud de financiación del JBEI era desarrollar biocombustibles por menos de 2,5 euros el galón en los próximos cinco años, dijo Keasling. Pero el científico admite: "No sé si vamos a lograr ese objetivo en cinco años. Siendo franco, creo que estaría bien si lo conseguimos en 10 años".

Keasling cree que la clave de gran parte de esa mejora radica en la lignina, que contiene una cantidad considerable de carbono, pero se adhiere a él fuertemente. Los investigadores del JBEI tendrán que modificar las plantas para que los enlaces de la lignina se rompan con más facilidad. Luego tienen que alterar las ligninasas, una clase de enzimas poco conocidas que descomponen la lignina, para extraer más carbono. Por último, necesitan desarrollar nuevos conjuntos de microorganismos capaces de convertir los compuestos restantes en combustibles.

La última parte del plan para cruzar el umbral de los 2,5 euros consiste en desarrollar técnicas para convertir algunas partes de la planta en productos de mayor valor que permitan sufragar una parte del coste de los biocombustibles. Estos productos podrían ser, por ejemplo, retardantes de llama o materiales para la impresión 3-D.

Las peleas por la tierra

Para que el mundo tenga una oportunidad decente de evitar que las temperaturas globales suban más de 2 °C frente a los niveles preindustriales, la bioenergía necesitaría generar el 17 % de la demanda total de energía mundial para 2060. En 2015, esta cifra era de solo el 4,5 %, según un análisis de la Agencia Internacional de Energía (AIE). Pero hasta ahora, los aumentos de producción están muy por debajo del ritmo requerido para alcanzar dichos objetivos. Entre otras cosas, el suministro de biocombustibles para el transporte tendrá que multiplicarse por diez en las próximas décadas.

Las estimaciones de cuánta extensión de terreno sería necesaria para lograr esta producción varían. Pero para que los biocombustibles satisfagan casi el 30 % de las necesidades de transporte a mediados de siglo, se tendrían que dedicar 100 millones de hectáreas al cultivo de materias primas, según concluía la AIE en un informe de 2011. Esa es una novena parte del área dedicada a la agricultura, solo en Estados Unidos.

El director del Instituto Stanford Woods, Chris Field, detalla: "Tenemos un gran número de solicitudes que compiten por la tierra, así que muy probable que la idea de que podamos dejar libres grandes cantidades para producir energía de biomasa se tope con obstáculos".

Un desafío importante consiste en aumentar los biocombustibles avanzados lo suficiente como para reducir de forma significativa las emisiones de gases de efecto invernadero. Cada paso del proceso de producción, desde la plantación hasta la propia generación, consume mucha energía, así que los detalles de cómo se hace todo son de gran importancia. En particular, los investigadores temen que si el mercado llega a despegar, podrían aparecer incentivos perversos, como alentar a los agricultores a arrasar los bosques, que son enormes sumideros de carbono, para dar paso a este tipo de cultivos.

El sueño sigue vivo

A pesar de estos desafíos, hay razones claras por las cuales muchos siguen confiando en que los biocombustibles jugarán un papel importante en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. En Estados Unidos, más de la mitad de esta contaminación proviene del transporte de automóviles, camiones, embarcaciones y aviones. A pesar de se han realizado algunas mejoras notables con los vehículos eléctricos, gran parte del sector solo puede funcionar con combustibles fósiles.

Uno de JBEI

Foto: Uno de los más de 160 investigadores del JBEI trabaja en el laboratorio.

Cuando se trata de almacenar energía densa y móvil, los combustibles líquidos simplemente son muy difíciles de superar, sobre todo porque gran parte de la infraestructura energética mundial se basa en ellos, explica la científica política centrada en combustibles y vehículos alternativos de la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.) Hanna Breetz. "Los combustibles líquidos van a seguir representando una gran parte del sistema energético en el futuro, especialmente en el transporte, y espero que los biocombustibles formen parte de ese sector", añade.

Incluso si los laboratorios logran un avance importante en los próximos años, aún podrían hacer falta décadas para que los biocombustibles logren una cuota de mercado real en una industria con billones de euros atrapados en el negocio diario de extraer y refinar petróleo. Acelerar esa transición requerirá mucho más apoyo gubernamental y esto podría incluir un impuesto al carbono, mayores estándares de combustible renovable, límites de emisiones y más, explica Keasling.

Parece mucho pedir para alguien cuyo laboratorio ha recibido cientos de millones de euros en fondos del Gobierno y cuyas empresas emergentes se han quemado con niveles similares de inversión de riesgo. Pero Keasling cree que eso es lo que hace falta para reformar una industria consolidada a la escala y velocidad requeridas para contrarrestar los crecientes peligros climáticos.

Lo que le preocupa es que el apoyo político no ha hecho más que disminuir en los últimos años. Pero a pesar de los fracasos políticos y científicos que han plagado la búsqueda de biocombustibles avanzados y económicos, Keasling sigue convencido de su potencial para reducir las emisiones. El científico concluye: "Cuando nuestro Gobierno decida que ya es hora de priorizarlo, creo que los biocombustibles podrían desempeñar un papel importante".

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