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10 de abril de 2013

El material "milagroso" hecho a base de sol y agua


Malcom Brown y David Nobles

Malcom Brown (izq.) es un pionero en el campo de la nanocelulosa.

Es ocho veces más resistente que el acero inoxidable, transparente, ligero, conduce la electricidad y algunos aseguran que este material "maravilla", como lo llaman algunos, transformará la agricultura tal y como hoy la conocemos.

Hablamos de la nanocelulosa cristalina, un material que se obtiene a partir de la compresión de fibras vegetales o se cultiva usando microorganismos como las bacterias.

La nanocelulosa cristalina es considerada por algunos como una opción más ecológica y asequible que el publicitado grafeno, y sus aplicaciones incluyen la industria farmacéutica, cosmética, biocombustibles, plásticos y la electrónica.
Según estimaciones del gobierno estadounidense, en 2020 su producción moverá una industria de unos US$600.000 millones anuales. 

Transformará la agricultura
Hasta hace poco una de las mayores preocupaciones de los adeptos a la nanocelulosa era cómo producirla en grandes cantidades y a un bajo costo, pero científicos creen que por fin han dado con la técnica para cultivar este material de forma abundante usando algas genéticamente modificadas.

El investigador Malcom Brown, profesor de biología de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos, y uno de los pioneros en el mundo en este campo de investigación, explicó recientemente durante el Primer Simposio internacional de Nanocelulosa, cómo funcionaría el nuevo proceso.

Se trata de un alga de la familia de las mismas bacterias que se usan para producir vinagre, conocidas también como cianobacterias. Unos organismos, que para su desarrollo sólo necesitan luz solar y agua, y que tendrían la ventaja de absorber el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera, causante del efecto invernadero.

"Si podemos completar los últimos pasos, habremos completado una de las mayores transformaciones potenciales de la agricultura jamás llevadas a cabo", dijo Brown.

"Tendremos plantas para producir nanocelulosa abundantemente y de forma barata. Puede convertirse en un material para la producción sostenible de biocombustibles y muchos otros productos". 

Nanocelulosa cristalina

cianobacteria

Se cree que el nuevo método tendría muchas aplicaciones en distintos campos de la ciencia.
La celulosa en sí es uno de los productos más abundantes del planeta, presente en muchos tipos de fibras vegetales. Pero en escala nano las propiedades de este material cambian por completo.

Como pasa con el grafito, material con el que se producen los nanotubos de grafeno (más resistentes que el diamante), en este caso la fibras nano de la celulosa pueden encadenarse en largas fibras, lo que se conoce como celulosa "nanocristalina".

El material resultante es tan resistente como el aluminio y puede usarse tanto para confeccionar chalecos de protección ultraligeros, como para pantallas de dispositivos electrónicos e incluso para cultivar órganos humanos. 

Fábrica natural
Aunque actualmente ya existen plantas dedicadas a la producción de nanocelulosa cristalina, los elevados costos de producción todavía frenan el crecimiento de esta industria.

La producción de este material generalmente entraña la compresión de fibra vegetal, o el cultivo de grandes tanques de bacterias, que tienen que ser alimentadas con costosos nutrientes.

Pero ahora las investigaciones de Brown y su equipo, apuntan al uso de este alga azul-verdosa capaz de generar nanocelulosa naturalmente aunque en pequeñas cantidades. Por ello, el equipo plantea modificarla artificialmente, introduciendo genes de la bacteria Acetobacter xylinum usada para producir vinagre.

De este modo, el alga podría producir el material en grandes cantidades y sin necesidad de aportar nutriente alguno, más allá de suministrarle agua y exponerla a la luz del sol.

Hasta el momento, observó Brown, el equipo de investigación ha logrado que este alga cree una larga cadena de nanocelulosa, pero ahora trabajan para que el organismo sea capaz de producirla directamente en su estado cristalino, cuando es más estable y fuerte.

BBC Mundo - Tecnología
10 de abril de 2013

24 de agosto de 2012

Los investigadores exploran una economia bioquimica sostenible

Con cianobacterias, dióxido de carbono y luz solar, un equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison ingenieros pretende crear una fuente alternativa sostenible de productos químicos básicos que en la actualidad se derivan de una fuente de suministro cada vez menor de combustibles fósiles.

Financiado por una donación de $ 2 millones de un programa de la National Science Foundation Emerging Frontiers in Research and Innovation , el equipo desarrollara y evaluara una estrategia de biorefinería a nivel de sistemas para el uso de métodos fotosintéticos para producir compuestos químicos. "El problema real es cómo desarrollamos una economía sostenible química", dice Brian Pfleger, profesor de UW-Madison asistente de ingeniería química y biológica y el investigador principal de la subvención.

Aunque los principales productos de las refinerías de petróleo son los combustibles como la gasolina y el combustible para aviones, aproximadamente el 20 por ciento del petróleo crudo se refina, en varios pasos complejos, de alto consumo energético , para obtener petroquimicos. Estos productos químicos impregnan nuestra vida cotidiana en productos que van desde velas y perfumes a los pañales desechables, juguetes, neumáticos y envases de plástico, entre muchos otros.

Como una alternativa al petróleo crudo, los investigadores de todo el mundo están estudiando maneras de producir combustibles y productos químicos a partir de fuentes renovables, incluida la biomasa de las plantas y las algas. Los procesos actuales de producción son de alto consumo energético y generan azúcares y aceites, que son productos "intermedios". "Luego podemos tomar esos intermedios y hacer el procesamiento tradicional, sea este biológico o químico", dice Pfleger.

Usando las cianobacterias, que sólo necesitan luz, dióxido de carbono y nutrientes simples para prosperar, el equipo de Pfleger está apuntando a un aún más eficiente, resultado sostenible. Él y sus colegas van a diseñar especies de cianobacterias de rápido crecimiento para omitir la etapa de procesamiento intermedio y directamente producir compuestos químicos modelados como el 3-hidroxipropionato, un precursor del ácido acrílico y uno de los 12 principales productos químicos que el Departamento de Energía de EUA ha identificado como bloques potenciales de una economía química sostenible.

Como parte de ese proceso, se estudiará si las biorefinerías pueden recurrir a las aguas residuales municipales para proporcionar las cianobacterias con nutrientes esenciales como el nitrógeno y el fósforo, y en el proceso, producir agua limpia adecuada para su liberación al medio ambiente. Los investigadores también crearan modelos informáticos que les permiten explorar temas relacionados con la ampliacion de los experimentos de laboratorio hacia los procesos de producción química a escala industrial.

Con estos modelos, ellos estudiaran los aspectos económicos de una industria química sostenible, teniendo en cuenta factores como el costo, la estructura de la oferta, y si un conjunto diferente de productos químicos básicos es factible. "Y eso trae de vuelta toda esta cuestión de las biorefinerías", dijo Pfleger. "¿Se puede utilizar un sistema biológico para hacer no sólo los combustibles, sino toda una serie de productos químicos diferentes?"

Renee Meiller - Phys Org
24 Agosto 2012