Proyectos
Estudio de la viabilidad técnica de la producción de 1,3 ¿ propanodiol (1,3-PD) a partir de glicerol con nuevas cepas colombianas de Clostridium sp. a nivel laboratorio
Resumen
Con excepción de la hidroelectricidad y la energía nuclear, la mayor parte de la energía consumida a nivel mundial viene del petróleo. Sin embargo, estos recursos son limitados y se estima que serán consumidos para finales de este siglo (Shuchardt et al, 1998). Por lo tanto, se requieren combustibles que provengan de fuentes renovables para enfrentar las necesidades energéticas del mundo (Zappi et al, 2003), tales como el etanol y el biodiesel. Este último es un combustible líquido compuesto por ésteres de ácidos grasos, que puede ser una alternativa renovable al combustible diesel del petróleo. Su uso reduce significativamente los niveles de contaminantes generados en la combustión, es completamente biodegradable y tiene un 85% del potencial energético del diesel de petróleo (Zappi et al, 2003). Sus características físicas son muy similares a las del combustible diesel (Shuchardt et al, 1998) por lo que puede ser usado puro o más frecuentemente en mezclas con diesel de petróleo, desde el 5% (Mezcla B5) hasta el 20% (Mezcla B20). (Zappi et al, 2003). La reacción por la cual se produce el biodiesel es la transesterificación (Shuchardt et al, 1998). En ella por cada 100 libras de aceites vegetales o grasas animales y 10 libras de metanol se producen, aproximadamente 100 libras de biodiesel y 10 libras de glicerol (Zappi et al, 2003). Debido a lo anterior, la producción de biodiesel es una fuente alternativa promisoria para la industria de glicerol, adicional al proceso de saponificación en la manufactura de detergentes (Papanikolaou et al, 2000). El glicerol no purificado, en particular el de las plantas de biodiesel, ha mostrado ser un excelente sustrato de fermentación para la producción de 1,3-propanodiol (1,3-PD) y ácido cítrico (Zeng & Bielb, 2002; Cameron & Koutsky, 1994; Barbirato et al, 1998; Bielb et al., 1999; Papanikolaou et al, 2000; González ¿ Pajuelo et al, 2004; González ¿ Pajuelo et al, 2005a; González ¿ Pajuelo et al, 2005b; Papanikolaou et al, 2002). Este diol es un glicol usado como lubricante, como solvente (Papanikolaou et al, 2000), como estabilizador de detergentes, anticongelante, humectante de cosméticos, intermediario químico (Cameron & Koutsky, 1994) y como monómero en la síntesis de poliesteres y poliuretanos de alto valor agregado (AAFC, 2002; Papanikolaou et al, 2000; Gong et al, 2004; Li et al, 2001; Haas et al, 2005; Besson et al, 2003; Crissafis et al, 2005), que exhiben mejores propiedades de producto y mayor estabilidad a la luz que aquellos producidos con 1,2-propanodiol, butanodiol o etilenglicol (Papanikolaou et al, 2000; Li et al, 2001; Haas et al, 2005; Besson et al, 2003; Crissafis et al, 2005). 3. JUSTIFICACIÓN Frente a la posibilidad de que Colombia deje de ser autosostenible en materia de combustibles desde el 2007 y pase a convertirse en importador neto de petróleo desde el 2009, una de las alternativas energéticas que se abre camino es la producción de biodiesel a partir de aceite de palma (Colciencias, 2004). El gobierno nacional ha desarrollado estrategias para desarrollar la industria nacional para la producción de bio ¿ diesel (ANDI, 2005). De estas nuevas plantas que se construirán (Diario La República, 2005) se producirá como subproducto glicerol industrial el cual puede ser usado en su forma cruda o en forma refinada como fuente de ingresos clave para la industria de biodiesel (Zappi et al, 2003; Holbein et al, 2004). Por otro lado, los procesos químicos de producción masiva para el 1,3-propanodiol usan en sus etapas intermedias hidrógeno a altas presiones, costosos catalizadores, manejan altas temperaturas y producen intermediarios tóxicos, por lo cual tienen altos costos de producción (Ver ilustración 1) (Zeng & Bielb, 2002; Bock, 2004, Crissafis et al, 2005). El primero de ellos fue desarrollado por Degusa ¿ Huels en 1997 (perteneciente a Dupont ®) el cual usa un método convencional de preparación a partir de la hidratación de acroleina en solución acuosa hasta 3-hidroxipropionaldehido, que posteriormente es hidrogenado a 1,3-PD. Existe una planta en producción construida en Alemania con un redimiento global de 85 ¿ 90% basada en este proceso. Otro sistema desarrollado, pertenece a Shell ®, que parte del óxido de etileno y es transformado a 1,3-PD por hidroformilación hasta 3-hidroxipropionaldehido seguido de hidrogenación hasta el diol, con un rendimiento global del 80 ¿ 90%. Una planta de producción a nivel industrial con este proceso se encuentra instalada en los Estados Unidos actualmente (Zeng & Bielb, 2002; Bock, 2004, Haas et al, 2005). Debido a lo anterior, la importancia de la fermentación bacterial ha sido reconocida y se ha desarrollado un interés comercial por este proceso utilizando glicerol como substrato para la bioconversión por microorganismos anaerobios y aerobios facultativos de los géneros Clostridium, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Pediococcus, Caloramator y Lactobacilli entre otras (Barbirato et al, 1998; González ¿ Pajuelo et al, 2005; Papanikolaou et al, 2000; Xiu et al, 2004; Zeng & Bielb, 2002; Wittlich, 2001; Vizoso et al, 2004, Seyfried et al, 2002; Barbirato et al, 1995) En el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia (IBUN), el grupo de Bioprocesos y Bioprospección, ha estudiado de forma preliminar la fermentación de glicerol para evaluar la posibilidad de obtener 1,3-propanodiol utilizando 13 cepas nativas, aisladas de suelos colombianos. En esta investigación se encontró que las cepas estudiadas fueron capaces de crecer en glicerol y producir 1,3-propanodiol, aún en cantidades superiores a las producidas por las cepas de referencia, siendo la mayor productora la cepa IBUN 13A (Cárdenas & Pulido, 2004). De estas cepas, diez pueden ser propuestas como una nueva especie del género Clostridium como resultado de la comparación con otras especies solventogénicas del mismo género a través de un análisis multivariado (Suárez, 2004). Teniendo en cuenta lo anterior, el grupo de Bioprocesos y Bioprospección, está interesado en desarrollar este proyecto con el fin de profundizar en el conocimiento del comportamiento de una posible nueva especie de Clostridium. Así mismo, complementar los resultados preliminares, ya obtenidos, para determinar la viabilidad técnica de la producción de 1,3-propanodiol a partir glicerol e igualmente colaborar con la naciente y aún no competitiva industria del biodiesel en Colombia, proponiéndose una fuente alternativa de ingresos que aumentara las posibilidades de trabajo y desarrollo económico en el país.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:Convocatoria Nacional de Investigación 2006
Modalidad:7. Apoyo a programas de posgrado: Tesis de maestría y especialidad en el área de la salud
Responsable