Es un hecho innegable que la introducción de la biotecnología está ejerciendo un cambio fundamental en la sociedad comparable a otros momentos clave del desarrollo tecnológico, tales como la aparición de la máquina de vapor o la radio. Este cambio social no sólo se está dando a nivel de salud, alimentación y control de los recursos naturales sino que, quizás menos llamativamente (aunque de un modo no menos importante), afecta a cómo la sociedad impacta y modifica el medio natural en el que vivimos, que no es ni más ni menos que el Planeta Tierra. La transformación de la relación sociedad industrializada / medio ambiente, cuyos comienzos estamos viviendo estos años y necesariamente deberá darse en el futuro, se debe en parte a la adopción de herramientas y procesos biotecnológicos por el tejido industrial, lo que llamamos Biotecnología Industrial. Es un hecho innegable que la introducción de la biotecnología está ejerciendo un cambio fundamental en la sociedad comparable a otros momentos clave del desarrollo tecnológico, tales como la aparición de la máquina de vapor o la radio. Este cambio social no sólo se está dando a nivel de salud, alimentación y control de los recursos naturales sino que, quizás menos llamativamente (aunque de un modo no menos importante), afecta a cómo la sociedad impacta y modifica el medio natural en el que vivimos, que no es ni más ni menos que el Planeta Tierra. La transformación de la relación sociedad industrializada / medio ambiente, cuyos comienzos estamos viviendo estos años y necesariamente deberá darse en el futuro, se debe en parte a la adopción de herramientas y procesos biotecnológicos por el tejido industrial, lo que llamamos Biotecnología Industrial. EXTO: Jaime Aguilera Entrena, Coordinador de Biotecnología Industrial de IUCT. Carles Estevez, Director Científico de IUCT
Beneficios de la Biotecnología Industrial
Si observamos la vida desde un punto vista puramente mecanístico, podemos decir que un ser vivo es una máquina capaz de procesar una serie de compuestos (principalmente de origen orgánico) para transformarlos en energía, biomasa y otros subproductos. Lo que hace a esta máquina ser tan especial es que tanto las materias primas como los productos finales se integran en los ciclos naturales de sus componentes, (fundamentalmente carbono), de manera que no se generan residuos netos, ya que éstos son reutilizados por otros sistemas biológicos como materia prima, cerrando así el ciclo. Por otro lado, las reacciones de transformación se llevan a cabo a temperatura ambiente, en fases acuosas no tóxicas y sin necesidad de un aporte alto de energía. Todas estas características son las que la Biotecnología Industrial trata de aprovechar para la fabricación de sustancias químicas o bienes de equipo y de consumo, de manera que estos procesos tengan el menor impacto posible sobre el medio ambiente, sin renunciar a su eficacia ó prestaciones. Concretamente, las soluciones aportadas por la BI (Biotecnología Industrial) consiguen mejorar los procesos industriales en los siguientes aspectos:
– Empleo de materias primas renovables, que por definición son inagotables, con la consiguiente liberación de la dependencia de fuentes fósiles tales como carbón y sobre todo petróleo.
– Aprovechamiento de desechos agrícolas, forestales ó industriales, a los que se revaloriza, a la vez que se evita su acumulación ó eliminación de manera tóxica y/o inútil.
– Reducción del uso de solventes orgánicos o tóxicos, con las consiguientes ventajas en cuanto a salud laboral y riesgos medioambientales.
– Reducción de la generación de residuos y subproductos (tóxicos en muchos casos), lo que conlleva a una disminución de vertidos y desechos industriales, o bien sustitución de éstos por otros de menor o ninguna toxicidad.
– Menor consumo de energía y por tanto menor emisión de gases de efecto invernadero (GEI), cuya acumulación en la atmósfera es la causante del cambio climático.
– Sustitución de fuentes de energía fósil por fuentes de origen biológico, lo que también conlleva un descenso en las emisiones netas de GEI.
En definitiva, se trata de acercar lo más posible la idea de sostenibilidad al sector industrial, es decir, poder cubrir nuestras necesidades sin comprometer la capacidad de generaciones futuras de cubrir las suyas, tal y como ocurre con los seres vivos en su estado natural.
también busca mejorar el rendimiento económico de sus productos, de manera que los costes de fabricación se reduzcan y ello repercuta en una mejora en la relación coste / beneficio. Un claro ejemplo lo constituye la industria textil: la sustitución de procesos de lavado y blanqueado de tejidos por tratamientos enzimáticos ha reducido el consumo de agua y energía un 50%, con el consiguiente ahorro económico.
Los productos de la Biotecnología Industrial
La diversidad de procesos donde es posible incorporar soluciones biotecnológicas hace difícil establecer un listado pormenorizado de productos que pueden fabricarse mediante Biotecnología Industrial. A continuación, se hace referencia a grandes familias de productos.
– Productos químicos a granel (“Bulk Chemicals”). Se consideran productos de esta categoría aquéllos cuya producción anual mundial excede las 10.000 toneladas. Tal como se ha comentado anteriormente, algunos de ellos, como acetona y butanol, se obtenían por métodos biotecnológicos hasta mediados del siglo XX. Actualmente, las modernas técnicas de Microbiología Industrial permiten aprovechar las propiedades de muchos microorganismos para sintetizar compuestos básicos tales como ácidos orgánicos, vitaminas o glicoles. Más aún, la Ingeniería Genética y Metabólica permite reprogramar el metabolismo microbiano para maximizar la producción del compuesto de interés e incluso para dotar al microorganismo en cuestión de la capacidad para sintetizar nuevos productos o alimentarse a base de nuevos sustratos. De este modo, 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. Ejemplo de ello son la vitamina C, el ácido glutámico o el ácido cítrico, muy utilizados en tecnología alimentaria. Otros productos, como el ácido succínico o el ácido adípico (precursor del nailon) también pueden ser sintetizados por microorganismos, y actualmente se estudia su producción biotecnológica a escala industrial de manera que en el futuro reemplace a la síntesis petroquímica.
– Especialidades químicas. Los productos llamados de “química fina” se caracterizan por su alta especialización funcional y su demanda en peso es más reducida que la de los productos a granel. Estas especialidades, generalmente caras, suelen constar de moléculas complejas, que incorporan varios grupos funcionales y a menudo son quirales. La síntesis química de estos compuestos es a menudo muy compleja, requiriendo muchos pasos, empleo de cantidades estequiométricas de sustratos, aditivos para protección de grupos y grandes cantidades de energía. Si además el compuesto es quiral, la productividad se reduce drásticamente, ya que sólo es útil uno de los isómeros, que suele ser difícil de seleccionar. En contraste con esto, la biocatálisis (catálisis mediada por 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 cercanas a la ambiental, y además tiene una alta especificidad y selectividad enantiomérica, de manera que todo el producto sintetizado pertenece a la misma isoforma. Esto hace de la biotecnología una herramienta muy ventajosa que se está imponiendo en la síntesis de productos complejos tales como el ácido maleico (intermediario en la síntesis de tintes y otros compuestos) o los benzaldehídos (de utilidad en la fabricación de plásticos). Otros compuestos quirales fabricados biotecnológicamente son el aspartamo (edulcorante), el ácido eritórbico (antioxidante) y diversos aminoádicos como la L-lisina, utilizados como complemento nutricional en piensos.
– Enzimas. La catálisis enzimática es posiblemente la aplicación industrial más extendida de la biotecnología. Tanto es así, que los enzimas se han convertido en uno de los productos principales de la biotecnología industrial, existiendo empresas que se dedican exclusivamente a su producción y comercialización. Los enzimas -o las enzimas- son compuestos de naturaleza proteica responsables de la biocatálisis. Gracias a ellos, reacciones bioquímicas que requerirían altas temperaturas, exceso de sustratos o presencia de solventes complejos se llevan a cabo a temperaturas cercanas a la ambiental (entre 25º C y 42º C en función del enzima y la aplicación), en medios acuosos, normalmente no tóxicos y de un modo sumamente específico y selectivo. Además, su actividad es inmediata, son fáciles de inactivar y se emplean en cantidades tan pequeñas que apenas es necesaria su eliminación.. Por todo ello, los enzimas están suponiendo una auténtica revolución para ciertas aplicaciones. Su uso industrial comenzó en la década de los 80, cuando se introdujeron como agentes blanqueantes y desengrasantes en los detergentes, lo que contribuyó a la reducción de la cantidad de surfactantes artificiales, muy dañinos para el medio ambiente. Desde entonces su uso no ha hecho más que crecer. Hoy existen más de 150 enzimas de uso comercial. Sus aplicaciones cubren casi todos los sectores de la industria, desde el alimentario (pectinasas para eliminar la pulpa de los zumos, transaminasas como agentes compactantes en procesado de carnes, amilasas como mejorantes de masa panaria, galactosidasas para obtención de productos lácteos deslactosados, etc.) hasta el textil (celulasas como sustitutos del lavado “a la piedra”, lacasas y catalasa para procesos de blanqueado, pectinasas para pretratamiento del algodón, proteasas para curtido de pieles), pasando por la elaboración de papel (lacasas y xilanasas para el blanqueado).
Además de obtener y purificar los enzimas de interés de los organismos que los poseen, se han desarrollado microorganismos modificados genéticamente que pueden producir y excretar enzimas a unos ritmos tales que su producción se ha abaratado muchísimo en los últimos años. Dado que en la actualidad conocemos más de 3000 enzimas diferentes, el campo de desarrollo de la biocatálisis a nivel industrial está, sin lugar a dudas, abierto. Pero aún más apasionante: las modernas técnicas de ingeniería bioquímica permiten diseñar enzimas “a la carta”, con mayor actividad que los naturales, ó con capacidad para degradar nuevos sustratos ó generar nuevos productos no naturales. De este modo, la tecnología enzimática está en plena expansión, y es de esperar que en años venideros su implantación sea aún más importante de lo que lo es hoy.
– Biocombustibles. Los llamados biocombustibles o biocarburantes son, junto con los enzimas, las grandes estrellas de la Biotecnología Industrial. Un biocombustible es un combustible para motores de explosión, que se elabora a partir de materia prima de origen biológico (principalmente vegetal). Dado que las plantas captan el CO2 de la atmósfera para su crecimiento, todo el carbono que se emite al quemar un biocombustible no es más que el que capturaron anteriormente las plantas de las que está elaborado, lo cual constituye un ciclo cerrado de carbono que no supone emisiones netas a la atmósfera (al contrario que los combustibles fósiles, cuyo carbono procede del petróleo, que es un mineral). El incremento incesante de los precios del petróleo, las especulaciones sobre la escasez de las reservas mundiales y la amenaza del cambio climático son asuntos recurrentes que desde hace varios años se abordan desde un punto de vista político a nivel nacional e internacional, con la elaboración de leyes y directivas que persiguen la disminución de las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero. En este marco, no cabe duda de que los biocombustibles juegan y jugarán un papel destacado. Actualmente existen dos biocombustibles en el mercado: el bioetanol (empleado para motores de gasolina) y el biodiesel (para motores Diesel). Ambos se emplean como mezcla en diferentes porcentajes (generalmente entre el 5% y el 20%) en gasolinas y gasóleos, aunque también es posible utilizarlos puros si se llevan a cabo ciertas modificaciones en los motores, sobre todo en los de gasolina. Los biocombustibles actuales se obtienen a partir de cosechas de diferentes semillas. El bioetanol se elabora por fermentación de los azúcares procedentes de maíz, trigo y caña de azúcar, aunque también se pueden emplear otras plantas como la remolacha. La levadura Saccharomyces cerevisiae (la responsable de la elaboración de pan, vino y cerveza) es el microorganismo que lleva a cabo la fermentación, y el etanol producido se purifica finalmente por destilación. En el caso del biodiesel, éste se obtiene por esterificación de aceites vegetales, principalmente de girasol y soja, con metanol. Dichos aceites no tienen por qué ser puros, siendo también válidos los aceites de cocina usados.
El creciente interés por los biocombustibles ha provocado que actualmente estén en plena expansión, y se espera que su producción aumente significativamente en los próximos años. Un caso paradigmático lo constituye Brasil, que desde hace más de una década ha implantado un programa nacional para el fomento del bioetanol -obtenido a partir de la caña de azúcar, de cuya producción es líder mundial- de manera que en este país todos los vehículos de gasolina pueden alimentarse también con bioetanol al 100%. El éxito del programa constituye un ejemplo mundial y demuestra el potencial de los biocombustibles para disminuir la dependencia del petróleo para la automoción. Los biocombustbles actuales, llamados de primera generación, presentan el inconveniente de que, al emplear semillas cultivadas como materia prima, su fabricación requiere el uso de fertilizantes, pesticidas y maquinaria agrícola, lo que a su vez provoca emisiones de GEI, disminuyendo el balance neto de ahorro respecto de los combustibles tradicionales. No obstante, según datos de la Comisión Europea, suponen un ahorro medio de aproximadamente el 40% de las emisiones respecto de los combustibles fósiles, siempre que se produzcan a partir de cosechas crecidas en tierras ya cultivables. Sin embargo, el verdadero potencial de los biocombustibles viene de la mano de los llamados biocombustibles de segunda generación. Estos se obtienen a partir de residuos agrarios, forestales e industriales, empleando tecnologías más efectivas y limpias para su fabricación. La gran ventaja de esta nueva generación de biocarburantes es que se aprovecha íntegramente la biomasa, eliminando la necesidad de cultivar ciertos tipos de plantas, lo que evita problemas de competencia en el uso de la tierra respecto de cosechas para fines alimentarios. De hecho, son la paja, rastrojos y otros residuos de estas cosechas la materia prima para la síntesis del biocarburante. Los proyectos más vanguardistas incluso se plantean utilizar residuos urbanos como fuente de carbono. Esto aumentará el ahorro neto de emisiones respecto de los combustibles convencionales a más de un 90%, además de reducir los costes de elaboración, haciendo al producto más competitivo. Se espera que para el año 2012 la obtención de bioetanol a partir de material lignocelulósico (basada en una combinación de enzimas optimizados y microorganismos modificados genéticamente) sea ya una realidad a escala industrial. Del mismo modo, también existen nuevas tecnologías para la fabricación de biodiesel a partir de fuentes alternativas de carbono, como glicerina (subproducto a su vez de la actual industria del biodiesel), o biomasa de distintos tipos, además de incorporar enzimas para el proceso de esterificación, y otras alternativas para evitar la utilización de metanol.
Más allá de la automoción, el biogás (hidrocarburos gasificados procedentes de la descomposición de materia orgánica de origen biológico), se perfila como uno de los combustibles para calefacción del futuro, además de otras propuestas, como el biobutanol (obtenido por fermentación de carbohidratos). También la biomasa de diversos orígenes, convenientemente triturada y seca, constituye un excelente combustible para hogares e industrias, y ya hay factorías que se nutren de ella para su funcionamiento. Así, la Biotecnología Industrial nos abre las puertas de una transición de la energía de origen fósil a la bioenergía, renovable, barata y más respetuosa con el medio ambiente.
– Biomateriales. Los materiales sintetizados a partir de material biológico, o utilizando metodologías basadas en sistemas biológicos (los llamados “biomateriales”) son tal vez los productos más novedosos de la Biotecnología Industrial, y donde existe más campo abierto para la investigación y la experimentación. Se trata de materiales aptos para diversas aplicaciones (desde construcción a juguetería) que pueden sustituir a los plásticos y otros materiales derivados del petróleo, manteniendo, y a menudo mejorando, sus características y prestaciones. Los biomateriales más desarrollados hasta el momento son polímeros producidos por microorganismos o plantas o derivados de éstos, como alternativa a los plásticos. Sus propiedades son similares a las de los plásticos convencionales (poliésteres, propilenos o gomas), con la ventaja de que son totalmente biodegradables, pues pueden ser fácilmente descompuestos por bacterias tanto en el suelo como en el agua. Además, en su fabricación se ahorran hasta un 80% de las emisiones de gases tóxicos. Ejemplos de estos “bioplásticos” son los fabricados a base de almidón (generalmente de maíz), o el polihidroxibutirato, sintetizado por ciertas bacterias a partir de glucosa. Otra aproximación consiste en sintetizar los monómeros mediante procesos biológicos, para luego obtener el polímero, como en el caso del ácido hidroxipropanoico y el ácido poliláctico, del que se obtiene una fibra que ya se utiliza industrialmente en procesos tan diferentes como la elaboración de envases o la fabricación de automóviles. Otro bioplástico de notable éxito comercial es un polímero derivado del 1,3-propanodiol, cuyo monómero se obtiene por biotransformación del almidón mediante bacterias genéticamente modificadas. La nueva fibra, además de su origen no contaminante, posee unas características muy notables en cuanto a resistencia y suavidad, y actualmente se utiliza en la elaboración de moquetas y espumas para colchones.
Más allá de los bioplásticos, la biotecnología nos ofrecerá, dentro de pocos años, una serie de materiales de características y prestaciones mucho más avanzadas que los materiales que conocemos hoy. Las fibras textiles a base de seda de araña ya son una realidad en los laboratorios de más de una empresa de base biotecnológica. La seda de araña es uno de los materiales más resistentes, flexibles y ligeros que se conocen. Es cinco veces más fuerte que el acero, y a la vez seis veces más ligero. Su elasticidad es tal que se dice que una tela de araña cuyas fibras tuvieran el grosor de un dedo podría detener un avión de pasajeros en pleno vuelo sin romperse. Ya existen gusanos de seda transgénicos cuya seda se asemeja a la de la araña, e incluso cabras que producen la proteína de esta seda en su leche. El tejido a base de seda de araña promete revolucionar el campo de la ropa y material deportivo y militar (un chaleco antibalas de seda de araña sería tan ligero y flexible como uno de nailon), así como el de las suturas quirúrgicas. Y en la trastienda de muchos laboratorios existen aplicaciones experimentales más sorprendentes aún, como las baterías a base de virus (más pequeñas y eficientes que las actuales, y carentes de litio y otros materiales contaminantes), las bombillas de fibra de DNA, cinco veces más duraderas que las de tungsteno, e incluso un teléfono móvil flexible que incorpora un material derivado de la insulina. Estos productos, híbridos de la biotecnología y la nanotecnología, no tardarán en inundar nuestros mercados en cuanto se consigan producir a precios asequibles y en cantidades suficientes, lo cual, en opinión de muchos, no es más que cuestión de tiempo.
Impacto económico de la Biotecnología Industrial
Ni que decir tiene que la Biotecnología Industrial está ejerciendo un impacto creciente en muchos sectores industriales, y se prevé que en el futuro este impacto sea sumamente mayor. La utilización de enzimas y biosurfactantes en la fabricación de detergentes, una de las primeras aplicaciones biotecnológicas, ya es de uso general, al igual que el empleo de enzimas y sustancias de origen biológico, obtenidas por fermentación, en la industria alimentaria. Otro de los sectores que más ha incorporado las técnicas biotecnológicas es el textil. Actualmente procesos como el lavado “a la piedra”, el aclarado de colores, y los tratamientos de suavizado y blanqueo de telas se pueden llevar a cabo mediante enzimas, lo que reduce entre un 50% y un 80% el consumo de agua y el empleo de agentes químicos, además de disminuir un tercio el tiempo de procesado. Similares ventajas se obtienen en la industria papelera, en la cual el blanqueo enzimático de la pasta de papel es un proceso que comienza a ser habitual.
Para hacernos una idea de la incidencia en el mercado de los productos biotecnológicos, podemos dar algunas cifras. Por ejemplo, el valor añadido bruto de la producción y aplicaciones industriales de los enzimas ascendió en 2005 a 685 millones de euros, sólo en la Unión Europea (Europa es líder mundial en la producción de enzimas de uso industrial, con casi un 80% de la producción total). A escala mundial, las cifras son realmente impactantes. La producción de compuestos químicos derivados de la biotecnología en 2002 fue de más de 2,7 millones de toneladas. En 2005 el valor de mercado de estos compuestos se cifró en 50000 millones de Euros (ME), lo que equivale a un 7% de la producción total, y se espera que en 2010 supere los 80000 ME (el 10% de la producción). Pero las cifras más abrumadoras se las llevan los biocombustibles, sector que se encuentra en su “edad de oro”: en 2002, el bioetanol (cuya producción es muy mayoritaria frente al biodiesel) alcanzó una producción de 26 millones de toneladas, y el valor de mercado de biocomFuturo y retos de la Biotecnología Industrial
Si bien es cierto que todos los aspectos comentados hacen prever un futuro floreciente para la Biotecnología Industrial, no es menos cierto que, exceptuando algunos casos ya expuestos, ésta se encuentra aún lejos de su consolidación en el tejido industrial y económico internacional. No hay que olvidar que se trata de una tecnología relativamente joven que tiene que competir con un modelo industrial basado en el petróleo, que ha tenido casi un siglo de evolución y mejora. De hecho, la fabricación de biocombustibles ó bioplásticos no es, hoy por hoy, un proceso barato en comparación con su equivalente petroquímico. Los progresos en ciencia y tecnología irán aportando soluciones a los problemas técnicos existentes, además de descubrir nuevas aplicaciones industriales para los procesos biológicos.
– Coste de las materias primas. El tremendo éxito de la industria de los productos derivados del petróleo, se ha debido principalmente a su abundancia y, hasta los años 70, a su bajo coste. Aún hoy, cuando el precio del crudo marca máximos históricos, sus productos derivados siguen estando al alcance de casi todos: seguimos llenando el depósito de nuestro coche, y el plástico sigue siendo uno de los materiales más baratos, con precios muy por debajo de los de la madera o el acero, por poner dos ejemplos. Sin embargo, sabemos que no es un recurso infinito, y que tarde o temprano empezará a escasear, máxime cuando la demanda sigue aumentando año tras año. Esto, unido a la especulación por parte de los países productores y su inestabilidad política, hace que los precios del petróleo sean muy volátiles. De hecho, el petróleo se ha encarecido un 250% en los últimos cinco años. Sin embargo, productos como el maíz, el trigo, la soja o la caña de azúcar se muestran mucho menos volátiles en los mercados. A pesar del reciente incremento de su precio, las diferencias con el precio del crudo no han hecho más que aumentar. Por otro lado, aunque los cultivos están sometidos a variaciones en la climatología y disponibilidad de tierra cultivable, se trata de recursos renovables y que pueden obtenerse de manera mucho más repartida a nivel mundial, y por tanto no es previsible una desestabilización de precios tan acusada como la del petróleo. Esto hace que los procesos basados en biotecnología comiencen a ser más atractivos que los basados en la transformación del petróleo.
– Coste de fabricación. La implantación a nivel industrial de un bioproceso implica, en muchos casos, la dotación de infraestructuras y equipamiento específico y la puesta a punto del proceso, lo que exige una inversión que puede ser muy elevada. Esto no es necesario en la industria petroquímica tradicional ya consolidada. Sin embargo, superados estos obstáculos, el coste de producción es, en función del proceso, significativamente menor. Ya hemos hablado del ahorro en agua y energía que ha supuesto la introducción de enzimas en la industria textil. Basten otros dos ejemplos para ilustrar este punto: el blanqueo de la pasta de papel mediante tratamientos enzimáticos ahorra hasta un 40% de energía, y la producción biotecnológica de vitamina B2, disminuye el consumo de agua hasta casi un 70%. Como ya se ha dicho, la biocatálisis reduce el consumo energético de procesos que requieren altas temperaturas, y lo mismo puede decirse del empleo de solventes orgánicos o catalizadores químicos, generalmente más caros que el agua y los enzimas. Desde esta perspectiva, los procesos biotecnológicos tenderán a imponerse si el ahorro en la fabricación permite amortizar la inversión necesaria en infraestructuras y puesta a punto en un plazo razonable.
– Generación de residuos. La industria gasta cientos de millones de euros anuales en sistemas de almacenamiento y tratamiento de residuos, así como de captura de gases tóxicos. La gestión de residuos y el cumplimiento de las normativas medioambientales existentes en los distintos países son un punto importante a la hora de calcular la rentabilidad económica de un producto, y también de fijar su precio. Las políticas gubernamentales en materia de control de la contaminación son cada vez más restrictivas, de manera que en los próximos años muchos procesos biotecnológicos que hoy no son rentables, terminarán por imponerse como único modo económicamente viable de adecuación a las exigencias de protección del medio ambiente. Esta situación la tenemos a la vuelta de la esquina: la implantación del comercio de derechos de emisión de GEI, establecida por la Unión Europea como mecanismo para el cumplimiento de los compromisos del Protocolo de Kyoto, ya ha entrado en su segunda fase y para 2012 el mercado de derechos de emisión será ya una realidad. De este modo el ahorro en emisiones de GEI será un mecanismo extra de rentabilidad económica por parte de las empresas, y por tanto un motor para la consolidación de muchos procesos de Biotecnología Industrial.
– Aceptación por el consumidor. El aumento de las restricciones en política medioambiental viene determinado por una preocupación cada vez más notoria en la opinión pública respecto al cambio climático y al deterioro medioambiental. No obstante, no está claro que esta postura predisponga al consumidor a pagar más por un producto sólo por el hecho de que éste quede catalogado como “verde”, “renovable” o “limpio”. Es necesario que aquél se asegure de que la eficacia del bioproducto es la esperada o, al menos, la misma que la del producto “clásico” correspondiente. Cuando esta equivalencia existe, el producto derivado de la Biotecnología Industrial puede entrar en el mercado y competir, del mismo modo que las llamadas “marcas de calidad” o “primeras marcas” compiten con las “marcas blancas”, ofreciendo en sus productos, a cambio de precios ligeramente mayores, un carácter de superioridad en calidad, eficacia o novedad. En el caso de los productos biotecnológicos, ese carácter se basa, como es lógico, en sus beneficios medioambientales. Por otra parte, no hay duda de que ante una equivalencia de calidad y también de precio, el cliente se decantará mayoritariamente por el producto “verde”.
La Biotecnología Industrial en IUCT
Como parte estratégica de su plan de crecimiento, IUCT se planteó desde finales de los años 90 desarrollar grandes capacidades de investigación en Biotecnología Industrial y potenciar su implantación en la industria química española. En la actualidad, IUCT cuenta con una plantilla de investigadores multidisciplinar y altamente especializada, en la que se encuentran expertos en biología molecular, biotecnología, microbiología y química industrial, varios de los cuales han trabajado previamente en laboratorios europeos y norteamericanos. Asimismo, IUCT tiene importantes clientes industriales para los que efectúa desarrollos biotecnológicos de productos químicos. A nivel institucional, IUCT es el coordinador del área de Biotecnología Industrial de la Asociación Española de Empresas de Biotecnología (ASEBIO), además de actuar como representante de ASEBIO tanto en el consejo gestor de la Plataforma Tecnológica Española de Química Sostenible (PETEQUS), donde actúa como coordinador de la subplataforma de Biotecnología Industrial, como en el Consejo de Biotecnología Industrial de EuropaBio, máximo representante europeo del sector de la industria Biotecnológica.
Los esfuerzos de investigación de IUCT en el campo de la Biotecnología Industrial se centran principalmente en el desarrollo de productos funcionales (disolventes, biocarburantes y reactivos de síntesis química), que sean más benignos para el medio ambiente, empleando como materia prima derivados de la biomasa vegetal. Uno de los desarrollos más avanzados es el IUCT-S50, un nuevo tipo de biodiesel que incorpora en su proceso de elaboración la glicerina que queda como subproducto de la fabricación de este biocombustible. De este modo, el IUCT-S50 incorpora el 100% del carbono procedente de la biomasa empleada como materia prima (principalmente aceites vegetales), aumentando el rendimiento del proceso un 10%. El desarrollo de metodologías para el aprovechamiento y revalorización de la glicerina cruda, principal subproducto de la fabricación de biodiesel, resulta fundamental, dada la gran expansión de está teniendo esta industria. Aunque el IUCT-S50 está ya en sus últimas fases de desarrollo preindustrial, en IUCT también se investiga en otros usos para la glicerina cruda. Existen proyectos para la biotransformación de este producto, empleando microorganismos como factorías para su conversión en productos de mayor valor, tales como solventes de baja toxicidad o precursores de biopolímeros. Estos proyectos incluyen la búsqueda y selección de microorganismos con las características deseadas, así como la generación de microorganismos “a la carta” mediante ingeniería genética. La elaboración de productos químicos funcionales a base de material celulósico es otro frente abierto en IUCT, que puede tener un gran interés para la industria papelera, ya que genera toneladas de residuos de este material, con el consiguiente impacto medioambiental. De este modo, IUCT pretende ser un referente en desarrollo biotecnológico y en la aplicación de los productos de esta tecnología a la industria química. Para IUCT, la Biotecnología Industrial es un pilar fundamental para la química del futuro, una química respetuosa y basada en valores de sostenibilidad. BM
La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.
Beneficios de la Biotecnología Industrial
Si observamos la vida desde un punto vista puramente mecanístico, podemos decir que un ser vivo es una máquina capaz de procesar una serie de compuestos (principalmente de origen orgánico) para transformarlos en energía, biomasa y otros subproductos. Lo que hace a esta máquina ser tan especial es que tanto las materias primas como los productos finales se integran en los ciclos naturales de sus componentes, (fundamentalmente carbono), de manera que no se generan residuos netos, ya que éstos son reutilizados por otros sistemas biológicos como materia prima, cerrando así el ciclo. Por otro lado, las reacciones de transformación se llevan a cabo a temperatura ambiente, en fases acuosas no tóxicas y sin necesidad de un aporte alto de energía. Todas estas características son las que la Biotecnología Industrial trata de aprovechar para la fabricación de sustancias químicas o bienes de equipo y de consumo, de manera que estos procesos tengan el menor impacto posible sobre el medio ambiente, sin renunciar a su eficacia ó prestaciones. Concretamente, las soluciones aportadas por la BI (Biotecnología Industrial) consiguen mejorar los procesos industriales en los siguientes aspectos:
– Empleo de materias primas renovables, que por definición son inagotables, con la consiguiente liberación de la dependencia de fuentes fósiles tales como carbón y sobre todo petróleo.
– Aprovechamiento de desechos agrícolas, forestales ó industriales, a los que se revaloriza, a la vez que se evita su acumulación ó eliminación de manera tóxica y/o inútil.
– Reducción del uso de solventes orgánicos o tóxicos, con las consiguientes ventajas en cuanto a salud laboral y riesgos medioambientales.
– Reducción de la generación de residuos y subproductos (tóxicos en muchos casos), lo que conlleva a una disminución de vertidos y desechos industriales, o bien sustitución de éstos por otros de menor o ninguna toxicidad.
– Menor consumo de energía y por tanto menor emisión de gases de efecto invernadero (GEI), cuya acumulación en la atmósfera es la causante del cambio climático.
– Sustitución de fuentes de energía fósil por fuentes de origen biológico, lo que también conlleva un descenso en las emisiones netas de GEI.
En definitiva, se trata de acercar lo más posible la idea de sostenibilidad al sector industrial, es decir, poder cubrir nuestras necesidades sin comprometer la capacidad de generaciones futuras de cubrir las suyas, tal y como ocurre con los seres vivos en su estado natural.
también busca mejorar el rendimiento económico de sus productos, de manera que los costes de fabricación se reduzcan y ello repercuta en una mejora en la relación coste / beneficio. Un claro ejemplo lo constituye la industria textil: la sustitución de procesos de lavado y blanqueado de tejidos por tratamientos enzimáticos ha reducido el consumo de agua y energía un 50%, con el consiguiente ahorro económico.
Los productos de la Biotecnología Industrial
La diversidad de procesos donde es posible incorporar soluciones biotecnológicas hace difícil establecer un listado pormenorizado de productos que pueden fabricarse mediante Biotecnología Industrial. A continuación, se hace referencia a grandes familias de productos.
– Productos químicos a granel (“Bulk Chemicals”). Se consideran productos de esta categoría aquéllos cuya producción anual mundial excede las 10.000 toneladas. Tal como se ha comentado anteriormente, algunos de ellos, como acetona y butanol, se obtenían por métodos biotecnológicos hasta mediados del siglo XX. Actualmente, las modernas técnicas de Microbiología Industrial permiten aprovechar las propiedades de muchos microorganismos para sintetizar compuestos básicos tales como ácidos orgánicos, vitaminas o glicoles. Más aún, la Ingeniería Genética y Metabólica permite reprogramar el metabolismo microbiano para maximizar la producción del compuesto de interés e incluso para dotar al microorganismo en cuestión de la capacidad para sintetizar nuevos productos o alimentarse a base de nuevos sustratos. De este modo, 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. Ejemplo de ello son la vitamina C, el ácido glutámico o el ácido cítrico, muy utilizados en tecnología alimentaria. Otros productos, como el ácido succínico o el ácido adípico (precursor del nailon) también pueden ser sintetizados por microorganismos, y actualmente se estudia su producción biotecnológica a escala industrial de manera que en el futuro reemplace a la síntesis petroquímica.
– Especialidades químicas. Los productos llamados de “química fina” se caracterizan por su alta especialización funcional y su demanda en peso es más reducida que la de los productos a granel. Estas especialidades, generalmente caras, suelen constar de moléculas complejas, que incorporan varios grupos funcionales y a menudo son quirales. La síntesis química de estos compuestos es a menudo muy compleja, requiriendo muchos pasos, empleo de cantidades estequiométricas de sustratos, aditivos para protección de grupos y grandes cantidades de energía. Si además el compuesto es quiral, la productividad se reduce drásticamente, ya que sólo es útil uno de los isómeros, que suele ser difícil de seleccionar. En contraste con esto, la biocatálisis (catálisis mediada por 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 cercanas a la ambiental, y además tiene una alta especificidad y selectividad enantiomérica, de manera que todo el producto sintetizado pertenece a la misma isoforma. Esto hace de la biotecnología una herramienta muy ventajosa que se está imponiendo en la síntesis de productos complejos tales como el ácido maleico (intermediario en la síntesis de tintes y otros compuestos) o los benzaldehídos (de utilidad en la fabricación de plásticos). Otros compuestos quirales fabricados biotecnológicamente son el aspartamo (edulcorante), el ácido eritórbico (antioxidante) y diversos aminoádicos como la L-lisina, utilizados como complemento nutricional en piensos.
– Enzimas. La catálisis enzimática es posiblemente la aplicación industrial más extendida de la biotecnología. Tanto es así, que los enzimas se han convertido en uno de los productos principales de la biotecnología industrial, existiendo empresas que se dedican exclusivamente a su producción y comercialización. Los enzimas -o las enzimas- son compuestos de naturaleza proteica responsables de la biocatálisis. Gracias a ellos, reacciones bioquímicas que requerirían altas temperaturas, exceso de sustratos o presencia de solventes complejos se llevan a cabo a temperaturas cercanas a la ambiental (entre 25º C y 42º C en función del enzima y la aplicación), en medios acuosos, normalmente no tóxicos y de un modo sumamente específico y selectivo. Además, su actividad es inmediata, son fáciles de inactivar y se emplean en cantidades tan pequeñas que apenas es necesaria su eliminación.. Por todo ello, los enzimas están suponiendo una auténtica revolución para ciertas aplicaciones. Su uso industrial comenzó en la década de los 80, cuando se introdujeron como agentes blanqueantes y desengrasantes en los detergentes, lo que contribuyó a la reducción de la cantidad de surfactantes artificiales, muy dañinos para el medio ambiente. Desde entonces su uso no ha hecho más que crecer. Hoy existen más de 150 enzimas de uso comercial. Sus aplicaciones cubren casi todos los sectores de la industria, desde el alimentario (pectinasas para eliminar la pulpa de los zumos, transaminasas como agentes compactantes en procesado de carnes, amilasas como mejorantes de masa panaria, galactosidasas para obtención de productos lácteos deslactosados, etc.) hasta el textil (celulasas como sustitutos del lavado “a la piedra”, lacasas y catalasa para procesos de blanqueado, pectinasas para pretratamiento del algodón, proteasas para curtido de pieles), pasando por la elaboración de papel (lacasas y xilanasas para el blanqueado).
Además de obtener y purificar los enzimas de interés de los organismos que los poseen, se han desarrollado microorganismos modificados genéticamente que pueden producir y excretar enzimas a unos ritmos tales que su producción se ha abaratado muchísimo en los últimos años. Dado que en la actualidad conocemos más de 3000 enzimas diferentes, el campo de desarrollo de la biocatálisis a nivel industrial está, sin lugar a dudas, abierto. Pero aún más apasionante: las modernas técnicas de ingeniería bioquímica permiten diseñar enzimas “a la carta”, con mayor actividad que los naturales, ó con capacidad para degradar nuevos sustratos ó generar nuevos productos no naturales. De este modo, la tecnología enzimática está en plena expansión, y es de esperar que en años venideros su implantación sea aún más importante de lo que lo es hoy.
– Biocombustibles. Los llamados biocombustibles o biocarburantes son, junto con los enzimas, las grandes estrellas de la Biotecnología Industrial. Un biocombustible es un combustible para motores de explosión, que se elabora a partir de materia prima de origen biológico (principalmente vegetal). Dado que las plantas captan el CO2 de la atmósfera para su crecimiento, todo el carbono que se emite al quemar un biocombustible no es más que el que capturaron anteriormente las plantas de las que está elaborado, lo cual constituye un ciclo cerrado de carbono que no supone emisiones netas a la atmósfera (al contrario que los combustibles fósiles, cuyo carbono procede del petróleo, que es un mineral). El incremento incesante de los precios del petróleo, las especulaciones sobre la escasez de las reservas mundiales y la amenaza del cambio climático son asuntos recurrentes que desde hace varios años se abordan desde un punto de vista político a nivel nacional e internacional, con la elaboración de leyes y directivas que persiguen la disminución de las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero. En este marco, no cabe duda de que los biocombustibles juegan y jugarán un papel destacado. Actualmente existen dos biocombustibles en el mercado: el bioetanol (empleado para motores de gasolina) y el biodiesel (para motores Diesel). Ambos se emplean como mezcla en diferentes porcentajes (generalmente entre el 5% y el 20%) en gasolinas y gasóleos, aunque también es posible utilizarlos puros si se llevan a cabo ciertas modificaciones en los motores, sobre todo en los de gasolina. Los biocombustibles actuales se obtienen a partir de cosechas de diferentes semillas. El bioetanol se elabora por fermentación de los azúcares procedentes de maíz, trigo y caña de azúcar, aunque también se pueden emplear otras plantas como la remolacha. La levadura Saccharomyces cerevisiae (la responsable de la elaboración de pan, vino y cerveza) es el microorganismo que lleva a cabo la fermentación, y el etanol producido se purifica finalmente por destilación. En el caso del biodiesel, éste se obtiene por esterificación de aceites vegetales, principalmente de girasol y soja, con metanol. Dichos aceites no tienen por qué ser puros, siendo también válidos los aceites de cocina usados.
El creciente interés por los biocombustibles ha provocado que actualmente estén en plena expansión, y se espera que su producción aumente significativamente en los próximos años. Un caso paradigmático lo constituye Brasil, que desde hace más de una década ha implantado un programa nacional para el fomento del bioetanol -obtenido a partir de la caña de azúcar, de cuya producción es líder mundial- de manera que en este país todos los vehículos de gasolina pueden alimentarse también con bioetanol al 100%. El éxito del programa constituye un ejemplo mundial y demuestra el potencial de los biocombustibles para disminuir la dependencia del petróleo para la automoción. Los biocombustbles actuales, llamados de primera generación, presentan el inconveniente de que, al emplear semillas cultivadas como materia prima, su fabricación requiere el uso de fertilizantes, pesticidas y maquinaria agrícola, lo que a su vez provoca emisiones de GEI, disminuyendo el balance neto de ahorro respecto de los combustibles tradicionales. No obstante, según datos de la Comisión Europea, suponen un ahorro medio de aproximadamente el 40% de las emisiones respecto de los combustibles fósiles, siempre que se produzcan a partir de cosechas crecidas en tierras ya cultivables. Sin embargo, el verdadero potencial de los biocombustibles viene de la mano de los llamados biocombustibles de segunda generación. Estos se obtienen a partir de residuos agrarios, forestales e industriales, empleando tecnologías más efectivas y limpias para su fabricación. La gran ventaja de esta nueva generación de biocarburantes es que se aprovecha íntegramente la biomasa, eliminando la necesidad de cultivar ciertos tipos de plantas, lo que evita problemas de competencia en el uso de la tierra respecto de cosechas para fines alimentarios. De hecho, son la paja, rastrojos y otros residuos de estas cosechas la materia prima para la síntesis del biocarburante. Los proyectos más vanguardistas incluso se plantean utilizar residuos urbanos como fuente de carbono. Esto aumentará el ahorro neto de emisiones respecto de los combustibles convencionales a más de un 90%, además de reducir los costes de elaboración, haciendo al producto más competitivo. Se espera que para el año 2012 la obtención de bioetanol a partir de material lignocelulósico (basada en una combinación de enzimas optimizados y microorganismos modificados genéticamente) sea ya una realidad a escala industrial. Del mismo modo, también existen nuevas tecnologías para la fabricación de biodiesel a partir de fuentes alternativas de carbono, como glicerina (subproducto a su vez de la actual industria del biodiesel), o biomasa de distintos tipos, además de incorporar enzimas para el proceso de esterificación, y otras alternativas para evitar la utilización de metanol.
Más allá de la automoción, el biogás (hidrocarburos gasificados procedentes de la descomposición de materia orgánica de origen biológico), se perfila como uno de los combustibles para calefacción del futuro, además de otras propuestas, como el biobutanol (obtenido por fermentación de carbohidratos). También la biomasa de diversos orígenes, convenientemente triturada y seca, constituye un excelente combustible para hogares e industrias, y ya hay factorías que se nutren de ella para su funcionamiento. Así, la Biotecnología Industrial nos abre las puertas de una transición de la energía de origen fósil a la bioenergía, renovable, barata y más respetuosa con el medio ambiente.
– Biomateriales. Los materiales sintetizados a partir de material biológico, o utilizando metodologías basadas en sistemas biológicos (los llamados “biomateriales”) son tal vez los productos más novedosos de la Biotecnología Industrial, y donde existe más campo abierto para la investigación y la experimentación. Se trata de materiales aptos para diversas aplicaciones (desde construcción a juguetería) que pueden sustituir a los plásticos y otros materiales derivados del petróleo, manteniendo, y a menudo mejorando, sus características y prestaciones. Los biomateriales más desarrollados hasta el momento son polímeros producidos por microorganismos o plantas o derivados de éstos, como alternativa a los plásticos. Sus propiedades son similares a las de los plásticos convencionales (poliésteres, propilenos o gomas), con la ventaja de que son totalmente biodegradables, pues pueden ser fácilmente descompuestos por bacterias tanto en el suelo como en el agua. Además, en su fabricación se ahorran hasta un 80% de las emisiones de gases tóxicos. Ejemplos de estos “bioplásticos” son los fabricados a base de almidón (generalmente de maíz), o el polihidroxibutirato, sintetizado por ciertas bacterias a partir de glucosa. Otra aproximación consiste en sintetizar los monómeros mediante procesos biológicos, para luego obtener el polímero, como en el caso del ácido hidroxipropanoico y el ácido poliláctico, del que se obtiene una fibra que ya se utiliza industrialmente en procesos tan diferentes como la elaboración de envases o la fabricación de automóviles. Otro bioplástico de notable éxito comercial es un polímero derivado del 1,3-propanodiol, cuyo monómero se obtiene por biotransformación del almidón mediante bacterias genéticamente modificadas. La nueva fibra, además de su origen no contaminante, posee unas características muy notables en cuanto a resistencia y suavidad, y actualmente se utiliza en la elaboración de moquetas y espumas para colchones.
Más allá de los bioplásticos, la biotecnología nos ofrecerá, dentro de pocos años, una serie de materiales de características y prestaciones mucho más avanzadas que los materiales que conocemos hoy. Las fibras textiles a base de seda de araña ya son una realidad en los laboratorios de más de una empresa de base biotecnológica. La seda de araña es uno de los materiales más resistentes, flexibles y ligeros que se conocen. Es cinco veces más fuerte que el acero, y a la vez seis veces más ligero. Su elasticidad es tal que se dice que una tela de araña cuyas fibras tuvieran el grosor de un dedo podría detener un avión de pasajeros en pleno vuelo sin romperse. Ya existen gusanos de seda transgénicos cuya seda se asemeja a la de la araña, e incluso cabras que producen la proteína de esta seda en su leche. El tejido a base de seda de araña promete revolucionar el campo de la ropa y material deportivo y militar (un chaleco antibalas de seda de araña sería tan ligero y flexible como uno de nailon), así como el de las suturas quirúrgicas. Y en la trastienda de muchos laboratorios existen aplicaciones experimentales más sorprendentes aún, como las baterías a base de virus (más pequeñas y eficientes que las actuales, y carentes de litio y otros materiales contaminantes), las bombillas de fibra de DNA, cinco veces más duraderas que las de tungsteno, e incluso un teléfono móvil flexible que incorpora un material derivado de la insulina. Estos productos, híbridos de la biotecnología y la nanotecnología, no tardarán en inundar nuestros mercados en cuanto se consigan producir a precios asequibles y en cantidades suficientes, lo cual, en opinión de muchos, no es más que cuestión de tiempo.
Impacto económico de la Biotecnología Industrial
Ni que decir tiene que la Biotecnología Industrial está ejerciendo un impacto creciente en muchos sectores industriales, y se prevé que en el futuro este impacto sea sumamente mayor. La utilización de enzimas y biosurfactantes en la fabricación de detergentes, una de las primeras aplicaciones biotecnológicas, ya es de uso general, al igual que el empleo de enzimas y sustancias de origen biológico, obtenidas por fermentación, en la industria alimentaria. Otro de los sectores que más ha incorporado las técnicas biotecnológicas es el textil. Actualmente procesos como el lavado “a la piedra”, el aclarado de colores, y los tratamientos de suavizado y blanqueo de telas se pueden llevar a cabo mediante enzimas, lo que reduce entre un 50% y un 80% el consumo de agua y el empleo de agentes químicos, además de disminuir un tercio el tiempo de procesado. Similares ventajas se obtienen en la industria papelera, en la cual el blanqueo enzimático de la pasta de papel es un proceso que comienza a ser habitual.
Para hacernos una idea de la incidencia en el mercado de los productos biotecnológicos, podemos dar algunas cifras. Por ejemplo, el valor añadido bruto de la producción y aplicaciones industriales de los enzimas ascendió en 2005 a 685 millones de euros, sólo en la Unión Europea (Europa es líder mundial en la producción de enzimas de uso industrial, con casi un 80% de la producción total). A escala mundial, las cifras son realmente impactantes. La producción de compuestos químicos derivados de la biotecnología en 2002 fue de más de 2,7 millones de toneladas. En 2005 el valor de mercado de estos compuestos se cifró en 50000 millones de Euros (ME), lo que equivale a un 7% de la producción total, y se espera que en 2010 supere los 80000 ME (el 10% de la producción). Pero las cifras más abrumadoras se las llevan los biocombustibles, sector que se encuentra en su “edad de oro”: en 2002, el bioetanol (cuya producción es muy mayoritaria frente al biodiesel) alcanzó una producción de 26 millones de toneladas, y el valor de mercado de biocomFuturo y retos de la Biotecnología Industrial
Si bien es cierto que todos los aspectos comentados hacen prever un futuro floreciente para la Biotecnología Industrial, no es menos cierto que, exceptuando algunos casos ya expuestos, ésta se encuentra aún lejos de su consolidación en el tejido industrial y económico internacional. No hay que olvidar que se trata de una tecnología relativamente joven que tiene que competir con un modelo industrial basado en el petróleo, que ha tenido casi un siglo de evolución y mejora. De hecho, la fabricación de biocombustibles ó bioplásticos no es, hoy por hoy, un proceso barato en comparación con su equivalente petroquímico. Los progresos en ciencia y tecnología irán aportando soluciones a los problemas técnicos existentes, además de descubrir nuevas aplicaciones industriales para los procesos biológicos.
– Coste de las materias primas. El tremendo éxito de la industria de los productos derivados del petróleo, se ha debido principalmente a su abundancia y, hasta los años 70, a su bajo coste. Aún hoy, cuando el precio del crudo marca máximos históricos, sus productos derivados siguen estando al alcance de casi todos: seguimos llenando el depósito de nuestro coche, y el plástico sigue siendo uno de los materiales más baratos, con precios muy por debajo de los de la madera o el acero, por poner dos ejemplos. Sin embargo, sabemos que no es un recurso infinito, y que tarde o temprano empezará a escasear, máxime cuando la demanda sigue aumentando año tras año. Esto, unido a la especulación por parte de los países productores y su inestabilidad política, hace que los precios del petróleo sean muy volátiles. De hecho, el petróleo se ha encarecido un 250% en los últimos cinco años. Sin embargo, productos como el maíz, el trigo, la soja o la caña de azúcar se muestran mucho menos volátiles en los mercados. A pesar del reciente incremento de su precio, las diferencias con el precio del crudo no han hecho más que aumentar. Por otro lado, aunque los cultivos están sometidos a variaciones en la climatología y disponibilidad de tierra cultivable, se trata de recursos renovables y que pueden obtenerse de manera mucho más repartida a nivel mundial, y por tanto no es previsible una desestabilización de precios tan acusada como la del petróleo. Esto hace que los procesos basados en biotecnología comiencen a ser más atractivos que los basados en la transformación del petróleo.
– Coste de fabricación. La implantación a nivel industrial de un bioproceso implica, en muchos casos, la dotación de infraestructuras y equipamiento específico y la puesta a punto del proceso, lo que exige una inversión que puede ser muy elevada. Esto no es necesario en la industria petroquímica tradicional ya consolidada. Sin embargo, superados estos obstáculos, el coste de producción es, en función del proceso, significativamente menor. Ya hemos hablado del ahorro en agua y energía que ha supuesto la introducción de enzimas en la industria textil. Basten otros dos ejemplos para ilustrar este punto: el blanqueo de la pasta de papel mediante tratamientos enzimáticos ahorra hasta un 40% de energía, y la producción biotecnológica de vitamina B2, disminuye el consumo de agua hasta casi un 70%. Como ya se ha dicho, la biocatálisis reduce el consumo energético de procesos que requieren altas temperaturas, y lo mismo puede decirse del empleo de solventes orgánicos o catalizadores químicos, generalmente más caros que el agua y los enzimas. Desde esta perspectiva, los procesos biotecnológicos tenderán a imponerse si el ahorro en la fabricación permite amortizar la inversión necesaria en infraestructuras y puesta a punto en un plazo razonable.
– Generación de residuos. La industria gasta cientos de millones de euros anuales en sistemas de almacenamiento y tratamiento de residuos, así como de captura de gases tóxicos. La gestión de residuos y el cumplimiento de las normativas medioambientales existentes en los distintos países son un punto importante a la hora de calcular la rentabilidad económica de un producto, y también de fijar su precio. Las políticas gubernamentales en materia de control de la contaminación son cada vez más restrictivas, de manera que en los próximos años muchos procesos biotecnológicos que hoy no son rentables, terminarán por imponerse como único modo económicamente viable de adecuación a las exigencias de protección del medio ambiente. Esta situación la tenemos a la vuelta de la esquina: la implantación del comercio de derechos de emisión de GEI, establecida por la Unión Europea como mecanismo para el cumplimiento de los compromisos del Protocolo de Kyoto, ya ha entrado en su segunda fase y para 2012 el mercado de derechos de emisión será ya una realidad. De este modo el ahorro en emisiones de GEI será un mecanismo extra de rentabilidad económica por parte de las empresas, y por tanto un motor para la consolidación de muchos procesos de Biotecnología Industrial.
– Aceptación por el consumidor. El aumento de las restricciones en política medioambiental viene determinado por una preocupación cada vez más notoria en la opinión pública respecto al cambio climático y al deterioro medioambiental. No obstante, no está claro que esta postura predisponga al consumidor a pagar más por un producto sólo por el hecho de que éste quede catalogado como “verde”, “renovable” o “limpio”. Es necesario que aquél se asegure de que la eficacia del bioproducto es la esperada o, al menos, la misma que la del producto “clásico” correspondiente. Cuando esta equivalencia existe, el producto derivado de la Biotecnología Industrial puede entrar en el mercado y competir, del mismo modo que las llamadas “marcas de calidad” o “primeras marcas” compiten con las “marcas blancas”, ofreciendo en sus productos, a cambio de precios ligeramente mayores, un carácter de superioridad en calidad, eficacia o novedad. En el caso de los productos biotecnológicos, ese carácter se basa, como es lógico, en sus beneficios medioambientales. Por otra parte, no hay duda de que ante una equivalencia de calidad y también de precio, el cliente se decantará mayoritariamente por el producto “verde”.
La Biotecnología Industrial en IUCT
Como parte estratégica de su plan de crecimiento, IUCT se planteó desde finales de los años 90 desarrollar grandes capacidades de investigación en Biotecnología Industrial y potenciar su implantación en la industria química española. En la actualidad, IUCT cuenta con una plantilla de investigadores multidisciplinar y altamente especializada, en la que se encuentran expertos en biología molecular, biotecnología, microbiología y química industrial, varios de los cuales han trabajado previamente en laboratorios europeos y norteamericanos. Asimismo, IUCT tiene importantes clientes industriales para los que efectúa desarrollos biotecnológicos de productos químicos. A nivel institucional, IUCT es el coordinador del área de Biotecnología Industrial de la Asociación Española de Empresas de Biotecnología (ASEBIO), además de actuar como representante de ASEBIO tanto en el consejo gestor de la Plataforma Tecnológica Española de Química Sostenible (PETEQUS), donde actúa como coordinador de la subplataforma de Biotecnología Industrial, como en el Consejo de Biotecnología Industrial de EuropaBio, máximo representante europeo del sector de la industria Biotecnológica.
Los esfuerzos de investigación de IUCT en el campo de la Biotecnología Industrial se centran principalmente en el desarrollo de productos funcionales (disolventes, biocarburantes y reactivos de síntesis química), que sean más benignos para el medio ambiente, empleando como materia prima derivados de la biomasa vegetal. Uno de los desarrollos más avanzados es el IUCT-S50, un nuevo tipo de biodiesel que incorpora en su proceso de elaboración la glicerina que queda como subproducto de la fabricación de este biocombustible. De este modo, el IUCT-S50 incorpora el 100% del carbono procedente de la biomasa empleada como materia prima (principalmente aceites vegetales), aumentando el rendimiento del proceso un 10%. El desarrollo de metodologías para el aprovechamiento y revalorización de la glicerina cruda, principal subproducto de la fabricación de biodiesel, resulta fundamental, dada la gran expansión de está teniendo esta industria. Aunque el IUCT-S50 está ya en sus últimas fases de desarrollo preindustrial, en IUCT también se investiga en otros usos para la glicerina cruda. Existen proyectos para la biotransformación de este producto, empleando microorganismos como factorías para su conversión en productos de mayor valor, tales como solventes de baja toxicidad o precursores de biopolímeros. Estos proyectos incluyen la búsqueda y selección de microorganismos con las características deseadas, así como la generación de microorganismos “a la carta” mediante ingeniería genética. La elaboración de productos químicos funcionales a base de material celulósico es otro frente abierto en IUCT, que puede tener un gran interés para la industria papelera, ya que genera toneladas de residuos de este material, con el consiguiente impacto medioambiental. De este modo, IUCT pretende ser un referente en desarrollo biotecnológico y en la aplicación de los productos de esta tecnología a la industria química. Para IUCT, la Biotecnología Industrial es un pilar fundamental para la química del futuro, una química respetuosa y basada en valores de sostenibilidad. BM
La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.
BIOTECNOLOGÍA BLANCA O
INDUSTRIAL
La biotecnología blanca es aquella aplicada a la industria y procesos industriales, es decir, la aplicación de las herramientas de la naturaleza a la industria. Esta categoría es muy amplia y engloba muchos sectores industriales, incluyendo el sector químico, alimentos, medioambiente, energía, etc. Incluye también a la biotecnología ambiental: aplicación de la biotecnología en la conservación del medio ambiente.
Este tipo de actividad está buscando reemplazar a las tecnologías contaminantes por otras más limpias o amigables con el ambiente. Básicamente, emplea organismos vivos y enzimas para obtener productos más fáciles de degradar, y que requieran menos energía y generen menos desechos durante su producción. El uso de enzimas o biocatalizadores es uno de los avances más significativos en el área de la biotecnología blanca. Las ventajas de su uso residen en la alta selectividad y eficiencia de las enzimas en comparación con los procesos químicos. Mientras los procesos químicos convencionales requieren alta presión y alta temperatura, los microorganismos y sus enzimas trabajan a presión y temperaturas normales. Además, las enzimas son biodegradables y muchas de ellas pueden funcionar en solventes orgánicos, alta concentración de sales y otras condiciones extremas. Las enzimas hoy se aplican a prácticamente todas las industrias, incluyendo la farmacéutica, alimenticia, química, textil, de detergentes, del papel, etc. En este sentido, la biotecnología blanca puede ayudar en diferentes áreas: Nuevas fuentes de energía y nuevas tecnologías: Producción de tecnologías limpias o verdes como pueden ser procesos de biotransformación o biomateriales que generen residuos biodegradables reduciendo los efectos tóxicos sobre el medioambiente (bioplásticos, nuevos tejidos, materiales para la construcción como tela de araña, etc). Nuevas fuentes de energía como son los biocombustibles obtenidos a partir de recursos renovables y menos contaminantes que los combustibles fósiles empleados en la actualidad (bioetanol y el biodiésel, o la biomasa). La sustitución de éstos por biocarburantes supone una disminución de las emisiones gaseosas contaminantes. Además, por ser biodegradables, disminuye el nivel del impacto ambiental de vertidos accidentales. Uno de los beneficios más importantes de los biocombustibles es su contribución prácticamente nula al aumento de gases con efecto invernadero en la atmósfera. QUÍMICA Y NANOBIOTECNOLOGÍA: Los avances en los conocimientos biotecnológicos está permitiendo realizar transformaciones químicas de una forma más eficiente y efectiva, utilizando enzimas o células enteras diseñadas para optimizar transformaciones conocidas y otras aún por conocer, que da lugar a productos de química básica (como el hidrógeno), biomateriales (como el propanodiol) y de química fina o bioquímicos (como las vitaminas). Así mismo, y gracias al desarrollo de la nanotecnología, se está empezando a controlar y utilizar las moléculas provenientes de los seres vivos como base para producir nuevos productos y servicios (como nuevos secuenciadores de ácidos nucleicos y proteínas, células artificiales, biosensores…). FACTORÍAS CELULARES Y BIOPROCESOS: Utilizando las células como factorías y el estudio de los diferentes bioprocesos, se están produciendo todo tipo de productos de una forma más eficiente o novedosa. Como nuevas enzimas para detergentes, degradación o conservación de materiales, vitaminas, proteínas recombinantes aplicados a la salud o a la alimentación LIMPIEZA DE CONTAMINANTES: Utilizando plantas y microorganismos se consiguen descontaminar aguas (lodos activos y digestiones anaerobias), suelos (fitorremediación) y la atmósfera (biofiltros). MEJORA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES: Gracias a la eficiencia de los procesos biológicos, la biotecnología ambiental logra optimizar procesos industriales tradicionales, o el desarrollo y en la generación de otros nuevos (por ejemplo el uso de la bacteria Thiobacillus ferooxidans en los procesos de extracción del cobre y oro).
CONSERVACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD:
Proporcionando herramientas muy valiosas en cuanto a identificación, clasificación y preservación de la biodiversidad. Descubrimiento y caracterización de nuevas especies, especialmente de microorganismos y hongos; desarrollar y optimizar métodos para el marcaje y el monitoreo de ejemplares; conservación de la biodiversidad, especialmente en lo que se refiere a diagnósticos veterinarios y forenses aplicados a fauna silvestre; análisis de las ventajas y los riesgos para el medio ambiente de los organismos genéticamente modificados (OGM); utilización respetuosa y sustentable de la biodiversidad. IMPACTO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LOS SECTORES INDUSTRIAL Y ENERGÉTICO En un horizonte temporal menor a los diez años, muchas de las tecnologías identificadas en este informe serán una realidad que impregnará nuestra vida diaria, incluyendo la mejora o el desarrollo de nuevos materiales, combustibles y fármacos. Si el siglo XX ha estado caracterizado por el empuje del sector petroquímico, proveyendo de productos tan básicos para la sociedad como la gasolina o los plásticos, en el siglo XXI es previsible que asistamos a un cierto declive de dicho sector en favor de la biotecnología industrial y energética. La utilización de las cosechas, en muchos casos modificadas genéticamente para adaptarse a las condiciones de transformación industrial, de la biomasa y los residuos, así como la transformación y utilización de microorganismos y de sus productos enzimáticos, permitirán situar a la Biotecnología en un lugar preferente, como suministradora de productos industriales y energéticos rentables, novedosos y menos contaminantes. Fuente: Genoma Humano
BIOTECNOLOGÍA ESPAÑOLA: IMPACTO ECONÓMICO,EVOLUCIÓN Y PERSPECTIVAS
En valores absolutos, España muestra, como el resto del mundo, una producción científica mayor en Bioquímica y Biología Molecular frente a la investigación biotecnológica. Sin embargo, el porcentaje que representa esta ultima en nuestro país, frente a la publicada en Bioquímica y BM, es mayor que el correspondiente al observado a escala mundial. La distribución de la producción científica española en Biotecnología, que responde a los sectores de aplicación definidos en el estudio, muestra una elevada proporción de trabajos de investigación de interés en Salud Humana (14% de la producción) y en Productos y Procesos Industriales (13% de la producción). Fuente. Genoma Humano presentación biotecnología blanca http://prezi.com/bi5iaqqezfey/biotecnologia-industrial/ LA BIOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR FORESTAL: Fuente: FAO La biotecnología abarca una vasta gama de técnicas científicas que utilizan organismos vivos, o partes de los mismos, para obtener o modificar ciertos productos. La biotecnología convencional aplicada a las plantas -fitomejoramiento- se utiliza desde hace miles de años para mejorar los cultivos, mientras que es más reciente su empleo en la reproducción y mejoramiento de los árboles forestales. BIOTECNOLOGÍA AGRO INDUSTRIAL: Fuente: FAO Las agroindustrias constituyen un medio para convertir las materias primas agrícolas en productos con valor añadido, además de generar ingresos y empleo y contribuir al desarrollo económico global de los países desarrollados y en desarrollo. El bioprocesamiento, que comporta la utilización de enzimas y microorganismos para convertir materias primas alimentarias en una variedad de productos, ofrece una oportunidad notable de estimular el desarrollo agroindustrial en los países en desarrollo. Sus procesos son mensurables, inocuos para el medio ambiente, y pueden ser aplicados de manera económica y vincularse a las prácticas existentes en estos países. Sin embargo, muchas de las técnicas tradicionales de bioprocesamiento de alimentos que se utilizan en los países en desarrollo requieren considerables mejoras científicas y tecnológicas. |
