Butanol a partir de sarmientos de vid

El alto coste del proceso de fermentación ABE (acetona-butanol-etanol) y de las materias primas utilizadas ha hecho que la industria abandone esta ruta fermentativa frente a la ruta química. Si bien el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento de la biomasa lignocelulósica podría permitir el uso de este tipo de sustratos de menor coste para producir butanol mediante fermentación y mejorar la viabilidad económica del proceso.

El proyecto transfronterizo Biovino (Interreg V-A España-Portugal, POCTEP 2014-2020; 0688_BIOVINO_6_E), que coordina ITACyL a través del Centro de Innovación en Productos Agroalimentarios (CIBAG), ha logrado producir butanol a partir de sarmientos de vid. Esta es la primera vez que se consigue producir este alcohol a partir de restos de poda, lográndose concentraciones de ABE elevadas para tratarse de un material lignocelulósico. Asimismo, se ha demostrado que es posible reducir los gastos en reactivos mediante la optimización de los nutrientes, lo que reduce los costes de producción en un 23% a escala industrial, por lo que los sarmientos se presentan como una materia prima interesante para la producción de biocarburantes avanzados en las biorrefinerías en un futuro próximo. 

Este trabajo abre una puerta muy interesante para los viticultores e industrias del sector vitivinícola de Castilla y León, dado que, hasta ahora, y con carácter general, los sarmientos no se valorizan y se queman de modo controlado en el campo, con los consiguientes problemas medioambientales vinculados a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). 

Aprovechamiento y valorización de subproductos 

El proyecto Biovino plantea el aprovechamiento de los sarmientos de poda en procesos de mayor valor añadido, como es la producción de biocarburantes avanzados como el butanol a partir de materias primas lignocelulósicas en procesos de bioconversión como la fermentación ABE. En concreto para el desarrollo de este estudio, se utilizaron muestras de sarmientos de poda en parcelas experimentales de ITACyL ubicadas en la Finca Zamadueñas (Valladolid), que contenían aproximadamente un 50% de carbohidratos totales (33% celulosa, 11% hemicelulosa), un 21% de lignina, además de otros constituyentes minoritarios como son el2,82% ácido galacturónico (2,8%), proteína (4,3%), grasa (0,5%) o compuestos fenólicos (13,3 mg/g).

El trabajo se centró en la optimización de la etapa de pretratamiento de los sarmientos, para obtener concentraciones elevadas de azúcares y concentraciones bajas de inhibidores fácilmente fermentables. Asimismo, se realizó una comparativa de 31 cepas de Clostridium solventogénicas con capacidad para producir butanol. Se seleccionó la cepa Clostridium beijerinckii CECT 508 ya que fue capaz de reducir 24 horas el tiempo de fermentación con la consiguiente reducción de costes de proceso. Asimismo, y para reducir aún más los costes de proceso se producción se minimizó el aporte de nutrientes. Así, fue posible obtener 7-9 g/L butanol a partir del hidrolizado de sarmientos, añadiendo únicamente como nutrientes una sal de amonio y una sal de hierro, cuyo coste es muy bajo. El pH de la fermentación se logró controlar utilizando residuos alimentarios ricos en carbonato de calcio, como es la cáscara de huevo, proveniente de la industria avícola. 

Las concentraciones de butanol alcanzadas son muy prometedoras, puesto que son similares a los valores obtenidos en la fermentación ABE de otros residuos agroalimentarios a escala mundial, incluso minimizando el uso de costosos nutrientes al medio de fermentación. 

¿Qué es el butanol?

El butanol es un alcohol de cuatro átomos de carbono. Hasta la década de 1960, el butanol se obtenía industrialmente mediante la fermentación de sustratos ricos en carbohidratos (cereales, melaza, patatas, etc.) mediante la ruta metabólica acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando bacterias del género Clostridium. Sin embargo, el elevado precio de estas materias primas y el desarrollo de la industria petroquímica hicieron que esta ruta de producción fuese sustituida por la síntesis química de butanol a partir de propileno. Sin embargo, la necesidad de desarrollar biocarburantes sustitutos de las gasolinas para el sector del transporte ha reabierto el interés en la obtención bioquímica de este alcohol con múltiples aplicaciones industriales. 

Entre sus numerosas aplicaciones destacan su uso como disolvente, extractante, producto base en la industria química o combustible, entre otras muchas. El butanol está identificado como un biocarburante avanzado frente al etanol, ya que tiene unas propiedades más similares a la gasolina.