Un estudio publicado en Nature Biotechnology describe un método para la fabricación de productos químicos con carbono negativo a gran escala utilizando microbios en lugar de petróleo y gas natural. Los investigadores utilizaron una bacteria autótrofa llamada acetógeno (Clostridium autoethanogenum), que puede vivir en moléculas de un carbono, incluido el gas de efecto invernadero CO2—y convertirlos en moléculas orgánicas más complejas. Después de modificar genéticamente estas bacterias para que sinteticen sustancias químicas que normalmente no producen, los autores lograron una producción de acetona e isopropanol (IPA) sin carbono con una eficiencia, selectividad y escala industrialmente relevantes.
La acetona es un producto químico básico que se utiliza como solvente industrial y como precursor del vidrio acrílico y el bisfenol A, entre otros usos. IPA se usa ampliamente en productos farmacéuticos, cosméticos y de cuidado personal y como solvente y agente de limpieza. “Tanto la acetona como el IPA se fabrican hoy en día a partir de petróleo y gas natural mediante procesos de craqueo y reformado que consumen mucha energía”, describe el artículo científico.
El equipo trabajó con C. autoethanogenum cultivado en gas residual de acería. Documentaron el proceso paso a paso y lograron una producción continua de acetona e IPA. “Esto sería impresionante para un organismo fácilmente manipulable, pero es aún más impresionante para un organismo que es tan difícil de manipular como un Clostridium”, señalaron los investigadores.
Además, utilizaron el método de evaluación del ciclo de vida de la cuna a la puerta para cuantificar las emisiones de gases de efecto invernadero, desde las materias primas hasta la fabricación química final. Las emisiones netas de carbono fueron negativas, incluso después de tener en cuenta la electricidad y el calor necesarios para hacer funcionar el reactor donde se llevó a cabo la prueba industrial a escala piloto.. Esto se debe a que el proceso captura el carbono en los gases residuales de las acerías que, de lo contrario, se quemarían y se emitirían a la atmósfera como CO2.
Los investigadores destacaron que los acetógenos pueden secuestrarse en productos de otras fuentes de carbono fósil infrautilizadas y que el proceso podría extenderse a otras materias primas. “La gasificación de residuos forestales y agrícolas también produce una mezcla de CO, H2 y CO2 que podría ser aprovechada directamente por C. autoethanogenum.”
Según el artículo publicado esta semana, la fabricación de productos químicos es el mayor consumidor industrial de petróleo y gas y el tercer sector industrial con mayores emisiones de CO2, detrás de la producción de cemento y las acerías.
“Crear un sector industrial de carbono circular o incluso de carbono negativo neto a través de enfoques novedosos de biología sintética no resolverá la crisis climática por sí solo, pero puede abordar algunas de las partes más difíciles de descarbonizar de la economía global”. (Sic)
Químicos de bacterias
A pesar de que los sistemas microbianos se utilizan en la industria para crear una amplia gama de productos, la mayoría de ellos moléculas de alto valor como sabores y fragancias, aditivos cosméticos y productos farmacéuticos, solo una pequeña cantidad de productos químicos básicos se produce microbianamente. Hoy en día, el proceso involucra microbios que fermentan azúcares y este método genera cantidades sustanciales de CO2. “La producción microbiana de productos químicos básicos que utilizan materias primas de almidón y azúcar comúnmente disponibles tiende a ofrecer ahorros de emisiones modestos en comparación con los procesos petroquímicos convencionales”, argumentó el equipo.
Mientras tanto, las bacterias autótrofas crecen en fuentes de carbono simples como el CO2, evitando las desventajas de las materias primas de azúcar. Esta molécula proporciona suficiente CO o H2 para suministrar la energía que los microbios necesitan para crecer.
Los investigadores sugirieron que este progreso ofrece la esperanza de que los acetógenos y otros organismos no modelo (organismos que no han sido seleccionados por los investigadores por razones históricas o porque no son fáciles de investigar) tendrán un papel significativo para lograr un futuro más sostenible. .
Referencia
Scown, CD y Keasling, JD (2022). Fabricación sostenible con biología sintética. Naturaleza Biotecnología. https://doi.org/10.1038/s41587-022-01248-8
