Según los últimos informes de los expertos, cada día es más urgente llegar a disponer de un substituto líquido del petróleo, ya que se acerca la fecha fatídica en que la demanda comience a superar la capacidad de extracción. La demanda mundial actual alcanza a los 80 millones de barriles de petróleo por día, y de seguir la tendencia incremental se estima que para el 2030, esta superará los 135 millones de barriles diarios, lo que los expertos estiman como casi imposible de satisfacer. Es por ello que la búsqueda de substitutos energéticos líquidos se vuelve dramática y contra el tiempo, y se requiere que estén disponibles antes de los próximos 20 años, lo que no es fácil que suceda (Science, vol.317, Julio 2007, pág. 437).

Cuando la demanda comience a superar la capacidad de extracción, se iniciará un incremento substantivo y continuo del precio del petróleo, lo que iniciará una crisis mundial sin precedente. Por esto en Enero de este año el Presidente George Bush anunció una iniciativa destinada por lo menos a disminuir el uso de gasolina, fijando una meta de un 20% de ahorro en los próximos 10 años.

En los últimos tiempos son varias las a lternativas de substitución que se han barajado para sustituir el petróleo en el transporte. Primero fueron los automóviles eléctricos, y luego las esperanzas se vaciaron hacia las celdas de hidrógeno (Celda de combustible: la energía del futuro), pero a poco andar han ido disminuyendo las expectativas de estas soluciones por las complejas adaptaciones tecnológicas que requieren en su implementación y que aún no han sido resueltas. Hoy le toca a los biocombustibles y entre ellos el etanol derivado de almidones de la caña de azúcar o el maíz.

Esta solución no es nueva: Ya Henry Ford había pensado que el etanol podría ser el combustible para su modelo Ford T. Pero justo entonces apareció el petróleo, mucho más abundante y barato y que además contenía un 30% de más energía por litro que el etanol. Pero ahora, frente al incremento del precio del petróleo, se vuelve a pensar en el etanol. Brasil en el año 1975 comenzó a desarrollar un plan para convertir el azúcar de caña en etanol. Habiendo transcurrido el tiempo, ha tenido éxito. Como parte del plan se instalaron estaciones de gasolina para la mezcla de la gasolina con etanol y simultáneamente los fabricantes de automóviles han ido diseñando motores capaces de funcionar sólo con etanol. Como resultado del esfuerzo, Brasil logró elevar la producción de etanol de 2.8 billones de litros anuales en el año 1980 a 11 billones el año recién pasado (2006). Simultáneamente ha conseguido reducir los costos de producción, de modo que en la actualidad el precio se ha reducido a 2.8 dólares el litro.

También Estados Unidos ha logrado incrementar la producción de etanol a partir de maíz, alcanzando su producción a 15 billones de litros al año, volumen que equivale al 3% de la cantidad de gasolina que Estados Unidos consume anualmente. Todo el etanol que actualmente se produce se está mezclando con gasolina en una proporción de 10 partes de etanol por 90 partes de gasolina. Con ello se logra un mayor octanaje y una menor contaminación por disminución del smog urbano. Esto es lo que piensa incrementar el Presidente Bush, al anunciar el programa de producción de etanol que de acuerdo a lo propuesto deberá alcanzar a 100 billones de litros en el año 2017. También la Comunidad Europea está empeñada en la utilización del etanol para mezclarlo en un 10% con gasolina, y el diesel sustituirlo por biodisel en el año 2020.

El problema está en que toda la producción de maíz y azúcar no va a alcanzar para producir las cantidades necesarias de etanol esperado. Un reciente estudio del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), señala que si todo el almidón de maíz se transformara en combustible, este alcanzaría sólo al 10% del consumo actual de gasolina. Para alcanzar lo programado habría que destinar mucha más tierra agrícola a la producción de maíz (Los biocombustibles en reemplazo del petróleo). Si ello sucediera, repercutiría inmediatamente sobre el precio de los alimentos a nivel mundial. Sólo considerando la limitada cantidad de etanol que se produce actualmente en USA, ya se aprecia el impactado sobre el precio del maíz en el mercado internacional, que se ha elevado al doble en dos años (176 dólares por tonelada métrica). Del mismo modo se ha incrementado al doble el precio del azúcar durante los últimos 18 meses. Según Lester Brown, un activista de la producción mundial de alimentos, afirma que el llenar un estanque de gasolina de un automóvil con bioetanol, requeriría el equivalente de un año de alimento para una persona. Según él, desviar el maíz para producir bioetanol, equivaldría a iniciar una competencia entre los 800 millones de personas que hoy son propietarios de un automóvil y los tres mil millones que viven con menos de 2 dólares diarios, y que ya están gastando más de la mitad de sus ingresos para mal alimentarse. FAO afirma que la competencia ya ha comenzado y sostiene que la conversión de maíz a etanol es la principal causa que haya declinado la reserva mundial de granos durante la primera mitad del 2006.


Otra posibilidad: aprovechar los desechos agrícolas

Pero existe otra posibilidad que disminuiría el impacto sobre los alimentos: "Utilizar la celulosa como materia prima para producir etanol". Gracias a décadas de investigación en biotecnología, química e ingeniería química, ya es perfectamente posible producir etanol a partir de la celulosa, utilizando la biomasa de las plantas y los árboles, los chip de maderas, el aserrín o el raleo de los bosques, sin necesidad de utilizar el almidón del maíz u otros granos. El etanol que se produce es utilizando el almidón del grano de maíz (en USA) o el azúcar de la caña (en Brasil).

El almidón tiene una estructura química simple, y se encuentra en los granos constituyendo un polímero de glucosa, organizado en una larga cadena de moléculas de glucosa unidas entre sí, las que son fácilmente separables por medio de enzimas. El etanol se obtiene a través de una posterior fermentación de la glucosa. La celulosa que constituye la estructura básica de las plantas y los árboles, la que le da fuerza y resistencia, tiene una estructura más estable y compleja, difícil de degradar para extraer de ella los azucares, que también son más complejos y variados.

La celulosa constituye la estructura en todos los vegetales, como la paja del trigo, la caña del azúcar, los tallos, las hojas del maíz o los troncos y las ramas de los árboles. Ello es lo que en su conjunto se ha llamado la biomasa, que está constituida básicamente por tres estructuras químicas diferentes: a.- celulosa, que es un polímero de unidades repetitivas de glucosa de seis carbones, enlazadas por un tipo de unión muy fuerte (covalente), y que constituyen la estructura de las paredes celulares de las plantas. b.- la hemicelulosa, que también es un polímero, pero ramificado y formado por xilosa (otro azúcar) y la unión ramificada de varios tipos de azucares, que a diferencia de las de almidones, están formados por un anillo de cinco carbones, c.- lignina, de estructura más compleja y que forma un enrejado que envuelve a los otros polímeros (celulosas y hemicelulosas) con diversos tipos de enlaces, formando una estructura muy robusta.

Para convertir cualquier tipo de azúcar en etanol, se necesita lograr que estos sean accesibles. En el caso del azúcar de caña, ello es fácil, dado que es el azúcar el que se cosecha y se convierte en un jarabe. Es un poco más difícil en el caso de los almidones de los granos del maíz u otros. Pero se logra aislarlos mediante la acción de enzimas llamadas amilasas que rompen el polímetro y separan las moléculas de glucosa. Pero separar los azucares de los sub productos agrícolas (biomasa), como hojas, tallos, pastos y árboles, es más complejo. Para lograrlo se requiere previamente romper las estructuras que envuelven a la celulosa y la hemicelulosa. Sólo entonces pueden librarse los azucares y someterlos al proceso de fermentación para finalmente transformarlos en etanol.

Es en el proceso de fermentación (conversión de azucares en etanol) donde se han concentrado los esfuerzos de los investigadores. Fue fácil llegar a obtener etanol a partir del azúcar, ya que existen microorganismos (levaduras) que naturalmente fermentan la glucosa, transformándola en etanol. Pero no existen organismos naturales capaces de transformar la xilosa, o los otros azucares de cinco carbones en etanol. Se sabe que la bacteria Escherichia coli y otras bacterias pueden metabolizar los azucares de cinco carbones, pero en lugar de formar etanol, su fermentación produce una variedad de ácido láctico y acéticos que no sirven para este caso. Afortunadamente los enormes avances logrados en la ingeniería genética estan permitiendo modificar bacterias para que sean capaces de desarrollar funciones que nunca antes han realizado en la naturaleza (La ingeniería genética en la industria). Es así como se han perfeccionado las técnicas para introducir genes a las bacterias que inducen en ellas la producción de las enzimas necesarias.

En 1985 el microbiólogo Lonnie Ingram de la Universidad de Florida, y sus asociados, lograron insertar en la bacteria E. Coli genes claves para la fermentación de los diversos tipos de azúcar, transformándolos de este modo el azúcar en etanol. De este modo se ha logrado dirigir el metabolismo de la bacteria para convertir los azucares de la celulosa en etanol. En un comienzo el proceso no fue lo suficientemente eficiente, pero desde entonces hasta ahora el mismo Ingram ha logrado progresos notables, y su procedimiento comienza ahora a ser utilizado por la empresa Celunol, la que construyó una planta de fermentación en Jennings, Louisiana, que afirman que será capaz de producir 3.8 millones de litros de etanol por año a partir de residuos celulósicos.


El etanol celulósico ya está "ad porta" de concretarse

Las tecnologías ya se han desarrollado y ahora en Estados Unidos comienza a concretarse la producción industrial, ya que el incremento del precio del petróleo así lo justifica. Sólo en el año recién pasado, con este objeto y por diferentes vías, se ha reunido un capital privado de dos mil millones de dólares junto a capital de riesgo (Science, vol. 315, 2007, pág. 1487). Ya se ha decidido la construcción de un puñado de plantas pilotos para la producción de etanol-celulósico, luego que el Departamento de Energía (DOE) de los Estados Unidos les asignara un estímulo de 385 millones de dólares. Es así como ya han sido aprobadas las construcciones de seis plantas refinadoras de etanol-celulósico a escala comercial (ver tabla). Se espera que ellas lleguen a producir 380 millones de litros de etanol por año.

Cada una, de acuerdo a la tecnología diseñada, espera especializarse en el uso de diferentes materias primas provenientes de la biomasa. Así por ejemplo, una de ellas ha modificado por ingeniería genética, la bacteria llamada Zymomonas mobilis para utilizarla en la fermentación de xilosas y otros azúcares de cinco carbones, además de azúcares de seis carbones propias de los almidones. La técnica ha sido implementada por Dupont en Wilmington, Delaware, donde ya existe una planta construida y pronta a entrar en producción industrial. La empresa Nymes ha anunciado que con el premio de DOE, utilizara corontas de maíz y otros residuos celulósicos como materias primas para producir 100 millones de litros de etanol al año.

Otros han modificado levaduras por ingeniería genética introduciéndoles genes para que puedan procesar azucares de cinco carbones. En el año 1993, Nancy Ho y sus colaboradores de Pardue University en West Lafayette, Indiana, introdujeron genes a levaduras para que produjeran las enzimas necesarias para fermentar xilosa y convertirla en etanol. Últimamente han perfeccionado la técnica para que también fermenten azúcares de cinco carbones.

También en otras áreas se han interesado los investigadores, relacionadas con adaptaciones genéticas directas en las plantas. Es así como por ingeniería genética han logrado plantas de maíz, álamos y diversas clases de pastos duros, que modificados permiten incrementar las cosechas y al mismo tiempo hacer más fácil su transformación en etanol. Así por ejemplo, en el año 1999, Vicent Chiang, biólogo molecular de North Carolina State University en Raleigh, y sus asociados, consiguieron modificar la estructura de los álamos mediante ingeniería genética, logrando una madera con un 50% menos de lignina y más celulosa en su estructura (Ingeniería genética e industria del papel). En un comienzo la investigación tenía por objetivo incrementar el contenido de celulosa para la industria del papel, pero lo logrado resultó igualmente valioso para incrementar el contenido en hidratos de carbono para la producción de etanol. Han logrado también modificar varios genes que controlan la enzima celulosa sintetasa con la que degradan el polímetro de lignina para obtener unidades de glucosa.

Todos esperan que los costos de producción de etanol-celulósico disminuyan durante los próximos años. Actualmente las empresas estiman que los costos de producción de etanol celulósico estaría entre 1 y 1.2 dólares el litro. Cuando las industrias estén en plena producción, en el 2009, esperan que se reduzcan a 0.60 dólares el litro. Preparándose para entonces, ya son varias las industrias automotrices que han comenzado a diseñar vehículos que podrían quemar una mezcla de 85% etanol y 15% gasolina. Talvez sea el etanol celulósico la alternativa esperada para la gasolina que se necesitaba que estuviese lista dentro de los próximos 20 años, para así contribuir a aminorar la crisis energética.