Cuando la mayoría de la gente escucha sobre el petróleo, como en el petróleo, piensan en lo que se refina para producir gasolina. Pero es más. Mucho más. Desde ropa hasta dentaduras postizas, lápiz labial e incluso pasta de dientes, la cantidad de productos para el hogar fabricados con productos químicos basados en combustibles fósiles asciende a miles.
Todos sabemos que reducir las emisiones de combustibles fósiles es un paso fundamental para reducir nuestra huella de carbono y, en respuesta, nuestras preferencias de compra de automóviles están cambiando a vehículos eléctricos o híbridos; nuestros sistemas energéticos a renovables como la eólica o la solar; e incluso nuestros sistemas alimentarios a procesos (supuestamente) más ecológicos. Sin la disponibilidad de petróleo para fabricar productos petroquímicos, nuestra vida cotidiana sería mucho más austera y muchos productos, como los plásticos utilizados en los automóviles y otros bienes de consumo, se echarían mucho de menos o serían mucho más caros.
Una posible solución es la fabricación de productos que utilicen “química verde”, en la que las vías de producción se alteren de tal manera que las emisiones de carbono se reduzcan o incluso se eliminen. La biología sintética, la convergencia de los avances en química, biología, informática e ingeniería que nos permite pasar de la idea al producto de forma más rápida, económica y con mayor precisión, es uno de esos enfoques. Si los miles de productos químicos derivados del petróleo, el gas natural y el carbón, incluidos los combustibles, los plásticos y los productos químicos industriales, pudieran sintetizarse en lugar de utilizar microorganismos, los ahorros anuales en las emisiones globales de gases de efecto invernadero podrían ser sustanciales y podrían abrir el camino hacia una mayor sector manufacturero sostenible.
El empleo de bacterias y otros microorganismos para sintetizar nuevos productos químicos que se utilizarán en la fabricación se ha logrado durante algún tiempo, pero a menudo a un costo de carbono indeseable. Los microorganismos como E. coli y la levadura producen algunos productos químicos básicos, como el isobutanol y el ácido láctico, pero utilizan azúcar como materia prima y, por lo tanto, emiten cantidades sustanciales de desechos de CO2. La generación de productos químicos para productos domésticos con este enfoque implica un mayor uso de la tierra y la energía para producir las materias primas del azúcar, lo que aumenta aún más la huella de carbono.
Sin embargo, esta tendencia puede estar madura para el cambio. Un estudio publicado recientemente en Nature Biotechnology describe cómo una clase específica de bacterias, conocidas como acetógenos, se puede utilizar para la producción a gran escala de importantes productos químicos industriales mediante un proceso que en realidad es carbono negativo. A diferencia de los procesos de producción tradicionales, que resultan en la liberación de gases de efecto invernadero, su proceso de fermentación en realidad fija el carbono. Los acetógenos pueden vivir en moléculas de un solo carbono como el CO2, el prototipo de gas de efecto invernadero, y pueden incorporarlas en moléculas más complejas y deseables necesarias para la fabricación de innumerables productos.
En el pasado, los acetógenos han demostrado ser extremadamente difíciles de manipular genéticamente. Los autores de este nuevo estudio han superado este obstáculo, así como otros, como la necesidad de materias primas de azúcar, y a escala de fabricación. Producen los productos químicos básicos acetona e isopropanol (IPA) de manera negativa en carbono y, como tal, proporcionan una hoja de ruta para la producción de otros productos químicos industrialmente relevantes utilizados utilizando materias primas sostenibles. Solo la acetona y el IPA tienen un mercado global de más de $10 mil millones.
Los autores concluyeron que "los acetógenos diseñados permiten la producción de productos químicos sostenibles, de alta eficiencia y alta selectividad" y, lo mejor de todo, "esperan que [su] enfoque pueda adaptarse fácilmente a una amplia gama de productos químicos básicos".
Este enfoque es un presagio importante para un planeta cada vez más cálido, especialmente porque se emplean otras fuentes potenciales de materia prima más allá del carbono fosilizado. Estos podrían incluir la gasificación de residuos forestales y agrícolas, por ejemplo, así como los residuos sólidos municipales no reciclables. Usando tales fuentes de carbono, una variedad de otros productos, como el combustible para aviones o el diésel, podrían ser susceptibles de métodos de producción similares.
¿Qué pasaría si produjéramos todos los productos petroquímicos a través de acetógenos usando biología sintética? Las estadísticas son sorprendentes. A nivel mundial, la fabricación de productos químicos emite quinientos millones de toneladas de CO2 cada año y es el tercer sector industrial que más CO2 emite (detrás de las fábricas de cemento y acero y hierro). Estos sectores han sido notoriamente difíciles de descarbonizar. Los microorganismos que hacen que la fabricación de productos químicos sea más ecológica mediante la creación de una economía circular que utilice desechos en lugar de azúcar como materia prima podría ser un avance fundamental.
La sinergia de disciplinas como la microbiología y la ingeniería genética molecular es la esencia de la biología sintética “verde”. Otros ejemplos recientes incluyen bacterias diseñadas para fijar nitrógeno para las plantas, eliminando así el exceso de fertilizante y sus costos ambientales, y plantas diseñadas para hacer que la producción química sea más ecológica y sostenible.
Recientemente, los científicos de Rothamsted Research modificaron genéticamente plantas de camelina para producir sustancias químicas conocidas como vinilfenoles, que se necesitan para fabricar una variedad de productos domésticos, como el plástico para las pantallas LCD de televisores y teléfonos móviles, y que tradicionalmente se han fabricado a partir de combustibles fósiles. Las plantas de Camelina se cultivan por su semilla oleaginosa; en este caso, se diseñaron metabólicamente para producir los productos químicos deseados, luego se cultivaron y cosecharon en el campo. Los materiales producidos en estas plantas podrían reducir la huella de carbono de la producción química y reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles.
Romper el vínculo entre los combustibles fósiles y la fabricación de una manera que no afecte negativamente a la economía global es un paso fundamental para lograr la neutralidad de carbono. Predecimos que las bacterias y plantas genéticamente modificadas que producen los sustratos para nuestros productos domésticos de una manera que es neutral (o negativa) en carbono son el futuro.
Traducción: Cecilia González P.
Publicado: 12 de abril de 2022
Fuente: European Scientist
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