Bacterias transforman el metano de residuos en bioplásticos biodegradables
Convertir el metano residual en materia prima
El metano procedente de vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales e instalaciones agrícolas puede convertirse en una materia prima para producir materiales biodegradables mediante microorganismos.
Esta es la base del trabajo que están desarrollando investigadores de la Universidad de California, Davis, junto con Mango Materials. La colaboración combina la experiencia de la universidad en ingeniería microbiana con la tecnología de la empresa para transformar metano residual en bioplásticos.
El proceso utiliza unas bacterias denominadas metanótrofas, capaces de emplear el metano como fuente de carbono y energía. Durante su crecimiento, estos microorganismos almacenan en el interior de sus células unos bioplásticos biodegradables denominados polihidroxialcanoatos.
De esta manera, un gas que puede proceder de determinadas corrientes de residuos se convierte en materia prima para obtener un material que puede incorporarse posteriormente a cadenas de producción de plásticos.
El principal reto está después de la fermentación
La producción del bioplástico no es el único desafío. Una parte importante del coste del proceso corresponde a la recuperación y purificación del material producido por las bacterias.
Los polihidroxialcanoatos se encuentran dentro de las células junto con proteínas y otros componentes celulares. Por ello, es necesario separarlos y purificarlos después de la fermentación.
El proyecto de UC Davis pretende abordar precisamente esta etapa. El investigador Yi Wang desarrollará herramientas de edición genética basadas en CRISPR-Cas para modificar las bacterias metanótrofas y conseguir que el bioplástico pueda recuperarse con mayor facilidad.
El objetivo no es únicamente aumentar la cantidad de plástico producido por los microorganismos. El equipo quiere diseñar las bacterias teniendo también en cuenta cómo podrá recuperarse posteriormente el material, con el propósito de reducir el tiempo, la energía y los recursos necesarios para su purificación.
De la investigación al escalado industrial
La colaboración permitirá probar las bacterias modificadas en diferentes escalas. Inicialmente se trabajará con cultivos pequeños, que posteriormente pasarán a fermentadores de escala de laboratorio.
El objetivo final será probar los microorganismos en un biorreactor de 5.000 litros de Mango Materials conectado a una planta de tratamiento de aguas residuales que proporciona el metano utilizado como materia prima para la fermentación.
En estas pruebas se analizarán el crecimiento de las bacterias, la producción de polihidroxialcanoatos y la eficiencia de las etapas posteriores de recuperación y procesamiento. Mango Materials también evaluará los efectos económicos y ambientales de las bacterias modificadas.
Un proceso que ya utiliza metano residual
La investigación parte de una tecnología que Mango Materials ya está desarrollando. Actualmente, la empresa utiliza bacterias metanótrofas obtenidas mediante selección natural, en lugar de microorganismos modificados genéticamente.
Sus instalaciones se sitúan junto a fuentes de metano residual, como plantas de tratamiento de aguas residuales e instalaciones agrícolas. Las bacterias producen polihidroxialcanoatos, que posteriormente se extraen y transforman en pellets de polímero que pueden incorporarse a las cadenas de suministro existentes de plásticos.
La nueva colaboración con UC Davis busca mejorar este proceso mediante ingeniería genética, especialmente en la fase de recuperación del bioplástico.
Del residuo a un material biodegradable
El planteamiento combina dos procesos de valorización: por un lado, utiliza metano residual como fuente de carbono para el crecimiento bacteriano y, por otro, genera un material plástico biodegradable a partir de ese carbono.
La investigación se centra ahora en conseguir que esta transformación pueda realizarse de una forma más eficiente. Reducir las necesidades energéticas y químicas de la purificación es uno de los aspectos considerados necesarios para acercar estos bioplásticos a los costes de los plásticos convencionales.
El proyecto cuenta con financiación de la National Science Foundation y BioMADE, y permitirá probar las bacterias desarrolladas en UC Davis en condiciones progresivamente más próximas a la producción industrial.
La colaboración plantea así una vía para conectar la gestión de corrientes de metano residual con la producción de materiales biodegradables, aunque el trabajo de ingeniería de las bacterias y su validación a escala industrial todavía se encuentra en desarrollo.
