Estudian convertir CO2 en materia prima para plásticos

Montaje de un biorreactor para el cultivo de grandes cantidades de biomasa de M. extorquens AM1.
Crédito: Fraunhofer IGB

El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB anunció el desarrollo de los proyectos EVOBIO y ShaPID en colaboración con varias áreas del mismo Instituto.

“Usamos el CO₂ como materia prima”, afirma el Dr. Jonathan Fabarius, científico senior de biocatalizadores en Fraunhofer IGB. “Estamos siguiendo dos enfoques: primero, catálisis química heterogénea, mediante la cual convertimos el CO₂ con un catalizador en metanol. En segundo lugar, la electroquímica, mediante la cual producimos ácido fórmico a partir de CO₂”.

Sin embargo, la característica única no reside en este proceso sino en su combinación con biotecnología, más específicamente con fermentaciones por microorganismos. Para decirlo de manera más simple: los investigadores primero toman el producto de desecho CO₂, que es dañino para el clima, para producir metanol y ácido fórmico. A su vez, utilizan estos compuestos para “alimentar” a los microorganismos que permiten producir más productos a partir de ellos.

Un ejemplo de este tipo de producto son los ácidos orgánicos, que se utilizan como bloques de construcción de polímeros, una forma de producir plásticos a base de CO₂. Este método también se puede aplicar para producir aminoácidos, por ejemplo, como complementos alimenticios para animales.

El enfoque novedoso ofrece una serie de ventajas. “Podemos crear productos completamente nuevos y también mejorar la huella de CO₂ de los productos tradicionales”, especifica Fabarius. Si bien los procesos químicos convencionales requieren mucha energía y, a veces, disolventes tóxicos, los productos pueden ser fabricados con microorganismos en condiciones más suaves y de mayor eficiencia energética; después de todo, los microbios crecen en soluciones acuosas más respetuosas con el medio ambiente.

El equipo de investigación utiliza tanto bacterias que metabolizan naturalmente el metanol, como levaduras que en realidad no pueden metabolizar el metanol. Los investigadores también vigilan constantemente si se descubren nuevos organismos interesantes y comprueban su idoneidad como "fábricas de células". Pero ¿cómo estos microorganismos fabrican realmente los productos? ¿Y cómo podemos influir en lo que producen?

“En principio, utilizamos el metabolismo del microorganismo para controlar la fabricación del producto”, explica Fabarius. “Para hacerlo, introducimos genes en los microbios que proporcionan el modelo para ciertas enzimas. Esto también se conoce como ingeniería metabólica”.

Las enzimas que se producen posteriormente en el microorganismo catalizan a su vez la producción de un producto específico. “Al variar los genes que se introducen, podemos producir una amplia gama de productos”, continúa Fabarius.

El equipo de investigación está trabajando en toda la cadena de producción: comenzando con los microorganismos, seguido de las modificaciones genéticas y el aumento de la producción. Si bien algunos procesos de fabricación aún se encuentran en la etapa de laboratorio, otros productos ya se están produciendo en biorreactores con una capacidad de diez litros.

En cuanto a la aplicación industrial de dichos procesos, Fabarius prevé su implementación a mediano y largo plazo. “Diez años es un horizonte de tiempo realista”, dice. Sin embargo, está aumentando la presión sobre la industria para que se establezcan nuevos procesos.