Capítulo 10: Biotecnología: industria y energía.

10.1 Definición.

El máximo exponente de las aplicaciones industriales de la biotecnología es la llamada biotecnología blanca o industrial, y se podría definir como “el conjunto de empresas que fabrican industrialmente sustancias químicas o bienes de equipo y de consumo usando herramientas biotecnológicas”.

Algunas de las soluciones que ha aportado la Biotecnología Industrial, consiste en mejorar los procesos o productos industriales en los aspectos económico, ambiental, energético y de acceso a los recursos naturales y sociales. A continuación, resaltamos algunas de sus ventajas más destacadas.

  • Uso de materias primas renovables y, por lo tanto, menor dependencia del petróleo o derivados.

  • Aprovechamiento de residuos agrícolas, forestales o industriales, que se revalorizan.

  • Reducción del uso de reactivos, materiales y solventes orgánicos volátiles o tóxicos.

  • Reducción de la generación de residuos y subproductos (tóxicos), hecho que comporta la disminución de vertidos y residuos industriales.

  • Menor consumo de energía y, por lo tanto, menores emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

  • Sustitución de fuentes de energía fósil por fuentes de origen biológico, hecho que también lleva asociado un descenso en las emisiones netas de GEI.

  • Reducción de la emisión de gases de efecto invernadero de entre 1 y 2,5 billones de toneladas de CO2 por año.

  • Mejoras en el rendimiento económico de sus productos, con lo cual se reducen los costes de fabricación y se consigue una mejora en la relación costo-beneficio.

  • Ventajas económicas derivadas de la calidad superior de los procesos biotecnológicos, se ahorran costes adyacentes de almacenaje y tratamiento de residuos, se elimina la necesidad de tomar medidas medioambientales exigidas por la legislación y se ofrece acceso a materias primas más baratas.


10.2 Aplicaciones.

La Biotecnología Industrial tiene una base de aplicación tan amplia que se hace muy difícil visualizar una estructura ordenada. Pero, en cambio, sí que está muy claro el gran potencial de aplicación que tiene, tanto en sectores clásicos como en sectores emergentes.

10.2.1 Productos químicos de “gran tonelaje”

Hoy es posible producir mediante fermentación de materias primas renovables y baratas (melazas, bagazos, almidones y otros sustratos ricos en carbohidratos) compuestos que antes tenían que ser extraídos o sintetizados químicamente. Ejemplos emblemáticos de ello en tecnología alimenticia son la vitamina C, el ácido glutámico o el ácido cítrico.

También encontramos otros productos que pueden ser sintetizados por microorganismos y de los cuales actualmente se estudia la producción biotecnológica a escala industrial en sustitución de la síntesis petroquímica, como el ácido succínico o el ácido adípico (precursor del nailon).

10.2.2 Biocatálisis.

Con la biocatálisis (catálisis por medio de agentes biológicos, que pueden ser enzimas o, incluso, microorganismos vivos que realizan todos los pasos de conversión en su interior) suele tener lugar a temperaturas próximas a la temperatura ambiental y, además, tiene una elevada especificidad y selectividad enantiomérica (Los enantiómeros son imágenes especulares no superponibles de compuestos orgánicos).

Ello permite desarrollar procesos mucho más eficientes y sostenibles a escala medioambiental y económica. Destacamos algunos ejemplos de la biosíntesis de productos complejos, tales como el ácido maleico (intermediario en la síntesis de tintes y otros compuestos), los benzaldehídos (de utilidad en la fabricación de plásticos), diversos principios activos que requieren resoluciones enantioméricas.

10.2.3 Enzimas.

Las enzimas se han convertido en uno de los principales productos de la biotecnología industrial, hay empresas que se dedican exclusivamente a producirlos y comercializarlos. Las enzimas son compuestos de naturaleza proteica y son los responsables de la biocatálisis.

Gracias a ellos, reacciones bioquímicas que requerirían altas temperaturas, exceso de sustratos o presencia de disolventes complejos se llevan a cabo a temperaturas próximas a la temperatura ambiental (entre 25ºC y 42ºC), en medios acuosos, normalmente no tóxicos, y de una manera sumamente específica y selectiva.

Se empezaron a utilizar en la industria en la década de los años ochenta del siglo pasado, cuando se introdujeron como agentes blanqueadores y desgrasantes en los detergentes, hecho que contribuyó a reducir la cantidad de agentes tensioactivos (surfactants) artificiales que se utilizaban, muy perjudiciales para el medio ambiente.

Hoy hay más de 150 enzimas de uso comercial, de aplicación en todos los sectores de la industria, como

los siguientes:

  • Sector alimentario. Del larguísimo catálogo de aplicaciones, destacan las pectinasas para eliminar la pulpa de los zumos, las transaminasas como agentes compactadores en el procesado de carnes, las amilasas como mejoradores de la masa panaria o las galactosidasas para la obtención de productos lácteos deslactosados.

  • Sector textil. En este sector el gran impacto lo tienen las celulasas, dado que actúan como sustitutos del lavado “a la piedra”, las laccasas y catalasas para procesos de blanqueado, las pectinasas para el pretratamiento del algodón o las proteasas para el curtido de pieles, entre otros.

  • Sector papelero. Elaboración de papel. En este proceso de alto tonelaje destacan los productos o procesos de gran impacto, como son las laccasas y xilanasas, para el blanqueado de la pulpa de papel.

  • Empresas diversas. En este punto destacamos las industrias relacionadas con la obtención y la purificación de las enzimas, que desarrollan microorganismos modificados genéticamente que permiten producir y excretar enzimas a altos ritmos de producción, con lo cual se abarata el proceso. Dado que en la actualidad se conocen más de 3.000 enzimas diferentes, el campo de desarrollo de la biocatálisis a escala industrial, sin ninguna duda, está abierto. Además, la aplicación de técnicas modernas de ingeniería bioquímica permite diseñar enzimas “a la carta” con más actividad que los naturales, o bien con capacidad para degradar nuevos sustratos o generar nuevos productos no naturales.

10.2.4 Biocombustibles.

Los llamados biocombustibles o biocarburantes son, junto con las enzimas, las grandes estrellas de la biotecnología industrial. Un biocombustible es un combustible para motores de explosión o combustión que se elabora a partir de materia prima de origen biológico o renovable (principalmente vegetal).

Los biocombustibles actuales en el mercado, llamados de primera generación, son dos, el bioetanol (utilizado para motores de gasolina) y el biodiésel (utilizado para motores diésel). Este tipo de combustibles tiene un gran inconveniente: se utilizan semillas vegetales, que coinciden con las que se destinan a la alimentación, y su cadena de producción completa requiere el uso de fertilizantes, pesticidas y maquinaria agrícola, hecho que provoca emisiones de gases de efecto invernadero, lo cual hace disminuir el balance neto de ahorro respecto de los combustibles tradicionales; además, hay competencia por esta materia prima entre el mercado alimenticio y el mercado industrial.

La utilización de materias primas alternativas a las propias de la cadena alimenticia para la fabricación de biocarburantes es fundamental para pasar de biocarburantes de primera generación a disponer de biocarburantes de segunda generación.

Los biocombustibles de segunda generación se obtienen a partir de residuos agrarios, residuos forestales o residuos industriales biodegradables. La gran ventaja de esta nueva generación de biocarburantes radica en el mayor aprovechamiento de la biomasa, hecho que minimiza los problemas de competencia con el uso de materias primas alimenticias. Los proyectos más vanguardistas incluso se plantean utilizar residuos urbanos como fuente de carbono. Eso hará aumentar el ahorro neto de emisiones respecto de los combustibles convencionales en más de un 90%.

  • Bioetanol de segunda generación. Será una realidad a escala industrial el año 2012, gracias a la obtención del bioetanol a partir de material lignocelulósico, basado en una combinación de enzimas optimizadas y microorganismos modificados genéticamente.

  • Biodiésel de segunda generación. Ya hay nuevas tecnologías para la fabricación de biodiésel a partir de fuentes alternativas de carbono, como la glicerina (subproducto de la actual industria del biodiésel) o biomasa de diferentes tipos, que conferirán la segunda generación de biodiésel. También se está trabajando en la incorporación de enzimas para el proceso de esterificación y además se buscan alternativas para evitar la utilización de metanol. Los avances que tardarán más en industrializarse, por su alto coste de producción, hacen referencia a las nuevas fuentes de aceites no alimenticios (microalgas o Jatropha).

  • Biocombustibles no usados en la automoción. El biogás es un hidrocarburo gasificado procedente de la descomposición de materia orgánica de origen biológico. El biocombustible procedente de la biomasa de diversos orígenes, convenientemente triturada y seca, constituye un excelente combustible para hogares e industrias. También hay los biocombustibles por gasificación, pirólisis o carbonización de la biomasa residual.


10.2.5 Biomateriales.

Los materiales sintetizados a partir de material biológico o utilizando metodologías basadas en sistemas

biológicos (los llamados biomateriales) son, quizás, los productos más nuevos de la biotecnología industrial, y en los cuales hay más campo abierto para la investigación y la experimentación.

Se trata de materiales aptos para diversas aplicaciones (desde construcción hasta la industria de juguetes) que pueden sustituir los plásticos y otros materiales derivados del petróleo, y mantener, y a menudo mejorar, las características y prestaciones. Los biomateriales más desarrollados hasta el momento son polímeros producidos por microorganismos o plantas, o derivados de estos microorganismos, como alternativa a los plásticos.

a. Los bioplásticos.

Tienen propiedades similares a las de los plásticos convencionales. Son totalmente biodegradables, pueden ser fácilmente descompuestos por bacterias, tanto en el suelo como en el agua, y generan hasta un 80% menos de emisiones de gases tóxicos en su proceso de fabricación.

Por una parte, tenemos bioplásticos obtenidos como polímeros biológicos, como los fabricados a base de almidón de maíz, o el polihidroxibutirato sintetizado por ciertas bacterias a partir de la glucosa. Otra aproximación consiste en sintetizar los monómeros mediante procesos biológicos de transformación de materias primas renovables, por medio de bacterias genéticamente modificadas, para obtener químicamente polímeros como el ácido hidroxipropanoico, el ácido poliláctico o el polímero derivado del 1,3-propanodiol (usado industrialmente en procesos tan diferentes como la elaboración de envases o la fabricación de automóviles).

b. Otros biomateriales.

Las fibras textiles a base de seda de araña (uno de los materiales más resistentes, flexibles y ligeros que se conocen) ya son una realidad en los laboratorios de más de una empresa de base biotecnológica. Hay

gusanos de seda transgénicos cuya seda se parece a la de la araña e, incluso, cabras que producen la proteína de esta seda en la leche.

Entradas destacadas

Los servicios que aquí se brindan son gratuitos y enfocados  en el área de Ciencia