Por Sara Cristina Saldarriaga Hernández / Ciencia Amateur
La cerveza es la tercera bebida más consumida en el mundo, después del agua y el té. Sus orígenes se remontan a las civilizaciones antiguas, anteriores a la historia escrita, y están estrechamente ligados al desarrollo de la agricultura y la cultura social.
La cebada, el ingrediente principal de la cerveza, es un cereal rico en carbohidratos o azúcares que las levaduras fermentan para crear esta popular bebida [1].
Sin embargo, tras el proceso de molienda y maceración de los granos de cebada, queda un residuo fibroso. Este residuo, conocido como bagazo cervecero (BSG, por sus siglas en inglés), representa el 85% de los subproductos de la producción de cerveza.
México, por ejemplo, es el principal exportador mundial de cerveza y el cuarto productor más grande, generando alrededor de 28.2 millones de toneladas de BSG al año. La industria debe eliminar este residuo de grano debido al alto riesgo de contaminación que presenta [2].
Además, el bagazo cervecero es altamente susceptible a un rápido deterioro y descomposición en pocos días tras su producción.
Aunque a menudo se reutiliza como ingrediente en alimentos para animales o para producir biogás, entre el 20 y el 50% termina en vertederos. Allí, se descompone y genera gases nocivos como el metano, lo que agrava la contaminación ambiental.
Este residuo plantea grandes desafíos logísticos y de gestión para la industria cervecera [2]. ¿Es posible transformar el bagazo en algo valioso como combustible?
Combustible para aviones a partir de bagazo
Las industrias de transporte en todo el mundo buscan alternativas de combustible más verdes y eficientes para sus motores. La aviación, en particular, enfrenta un gran desafío: reducir las emisiones de carbono sin comprometer el rendimiento.
La solución a este problema podría encontrarse en los residuos de la producción cervecera.
El equipo del Carrillo Biorefinery Lab ha logrado una colaboración interinstitucional que involucra al Tecnológico de Monterrey y al Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos, a través del Joint BioEnergy Institute (JBEI). Juntos están implementando tecnologías avanzadas y ecológicas para transformar biomasa, como el BSG, en Combustible Sostenible para Aviación (SAF, por la abreviación en inglés para Sustainable Aviation Fuel).
Mediante procesos biotecnológicos avanzados, la biomasa de BSG se transforma en precursora de combustibles de alta calidad, como el mevalonato. Estos compuestos son producidos por microorganismos modificados genéticamente que también reciclan el CO2 generado durante la fermentación, reduciendo la huella de carbono.
Transformando residuos
La biomasa de bagazo cervecero, rica en lignocelulosa, ofrece un gran potencial como materia prima abundante y rentable para la producción de biocombustibles. Sin embargo, su composición presenta desafíos para una deconstrucción eficiente.
Su estructura compleja dificulta el acceso a los azúcares incrustados, esenciales para los procesos de fermentación necesarios para obtener biocombustibles y SAF [3].
Las tecnologías de deconstrucción desarrolladas en JBEI desempeñan un papel crucial. Utilizando solventes ecológicos, la lignocelulosa libera los azúcares fermentables restantes. Una vez liberados, estos azúcares sirven como alimento para las bacterias, que los transforman en moléculas como el isoprenol y el mevalonato, ambos precursores clave para el combustible SAF [4].
Un enfoque clave de esta investigación es el uso de sistemas biológicos para convertir estos azúcares en combustible y reciclar el CO2 generado durante el proceso.
Al igual que los humanos, las bacterias involucradas “respiran” oxígeno y liberan CO2 como subproducto. Sin embargo, estas bacterias tienen una habilidad única: pueden capturar y reutilizar el CO2, al igual que las plantas. Esto hace que el proceso de fermentación sea más eficiente en carbono y puede reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero [4,5].
Este enfoque integrado produce energía limpia mientras mejora la eficiencia general del proceso, haciéndolo más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
Un combustible más verde
La transformación del bagazo BSG en combustible SAF aborda los desafíos de carbono de la industria de la aviación y ejemplifica cómo los residuos pueden convertirse en un recurso valioso.
Con tecnologías avanzadas de descomposición y microorganismos modificados, esta investigación en JBEI está creando alternativas de combustible más ecológicas. La capacidad de las bacterias para reciclar el CO2 durante el proceso de fermentación añade una capa crucial de sostenibilidad, haciendo que todo el enfoque sea más eficiente en carbono.
A medida que las industrias de todo el mundo continúan buscando soluciones más limpias y eficientes, este proyecto demuestra cómo la reducción de residuos y la producción de energía pueden ir de la mano.
Convertir un subproducto abundante en una fuente de energía limpia nos acerca a lograr una economía circular donde nada se desperdicie.
Esta investigación ilustra el poderoso potencial de combinar la química y la biología para desbloquear innovaciones sostenibles. El BSG, que alguna vez se consideró un simple residuo, tiene la promesa de impulsar los cielos del mañana, moldeando un futuro en el que las necesidades ambientales e industriales se satisfagan en armonía.
Estatus de esta investigación
La estudiante de doctorado Sara Saldarriaga-Hernández (CVU # 968429) recibió el apoyo del Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías (CONAHCYT) bajo el programa de Becas Nacionales. El Tecnológico de Monterrey financió parcialmente su estancia de investigación a través del Programa de Financiamiento Basado en Retos 2022 (número de subvención E091 – EIC-GI01 – C-T11 – D; 2022). Berkeley Lab (LBNL) colaboró con la beca de mantenimiento.
Referencias
- Zhao, X., Yin, Y., Fang, W., & Yang, Z. (2023). What happens when fruit married with beer? International Journal of Gastronomy and Food Science, 32, 100716.
- Kavalopoulos, M., Stoumpou, V., Christofi, A., Mai, S., Barampouti, E. M., Moustakas, K., Malamis, D., & Loizidou, M. (2021). Sustainable valorisation pathways mitigating environmental pollution from brewers’ spent grains. Environmental Pollution, 270.
- Carrillo-Nieves, Danay, Sara Saldarriaga-Hernandez, Guadalupe Gutiérrez-Soto, Magdalena Rostro-Alanis, Carlos Hernández-Luna, Hafiz M.N. Iqbal, and Roberto Parra-Saldivar. 2020. “Biotransformation of Agro-Industrial Waste to Produce Lignocellulolytic Enzymes and Bioethanol with a Zero Waste.” Biomass Conversion and Biorefinery.
- Liu, Y., Cruz-Morales, P., Zargar, A., Belcher, M. S., Pang, B., Englund, E., … & Keasling, J. D. (2021). Biofuels for a sustainable future. Cell, 184(6), 1636-1647.
- François, Jean Marie, Cléa Lachaux, and Nicolas Morin. «Synthetic biology applied to carbon conservative and carbon dioxide recycling pathways.» Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 7 (2020): 446.
Autora
Sara Cristina Saldarriaga Hernández. Estudiante de Doctorado en Biotecnología, a cargo del desarrollo del proyecto. Se prepara para una estancia en Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) con el objetivo de avanzar en la recuperación de azúcares del bagazo.
Revisora científica
Este texto fue supervisado por Danay Carrillo Nieves, profesora investigadora del Tecnológico de Monterrey, asociada al núcleo de investigación Climate & Sustainability y líder del Carrillo Biorefinery Lab.
