Avanzan en la obtención de bioplástico a partir de microorganismos presentes en aguas residuales

Así como el cuerpo humano tiene sus mecanismos para almacenar grasa y convertirla en energía, hay bacterias como las Paracoccus denitrificans, Clostridium kluyveri, Bacillus megaterium, y otras más, que almacenan PHA como reserva de energía. Este bioplástico tiene la ventaja de descomponerse en condiciones naturales, como el suelo y el agua, gracias a la acción de microorganismos, por eso sería una alternativa para reducir la contaminación ambiental en Colombia.

A raíz de estos beneficios, el PHA se utiliza como materia prima en una amplia variedad de productos, entre ellos empaques, adhesivos, cápsulas de medicamentos e incluso implantes quirúrgicos como placas y tornillos. Sin embargo, su producción a gran escala es compleja y costosa, ya que se emplea una sola especie de microorganismo para realizar la fermentación y generar el biopolímero.

Jhessica Daniela Mosquera Tobar, magíster en Ingeniería Química de la UNAL, explica que, “dadas las limitaciones de los cultivos puros, que requieren condiciones estériles y fuentes de carbono puras, se investigan alternativas para establecer nuevos procesos de producción de PHA, entre las cuales destacan los procesos basados en cultivos microbianos mixtos, donde interactúan diferentes microorganismos capaces de aprovechar sustratos complejos, como los residuos sólidos urbanos y los lodos de aguas residuales”.

Bioplásticos, una opción

Para reducir costos y minimizar el impacto ambiental, un proyecto financiado por Minciencias, en el que participa la UNAL, busca desarrollar un cultivo microbiano mixto a partir de microorganismos presentes en aguas residuales, como las Pseudomonas.

“Dichos microorganismos tienen un alto potencial para almacenar PHA y se adaptan a fuentes de carbono derivadas de sustratos complejos, como los ácidos grasos volátiles provenientes de residuos orgánicos y aguas residuales”, menciona la investigadora.

Agrega que su trabajo se centró en analizar, mediante el software de simulación SuperPro, los impactos ambientales potenciales de este proceso utilizando la metodología de “análisis de ciclo de vida”. Se evaluaron tres escenarios: uno basado en la producción a partir de lodos de aguas residuales, otro en residuos sólidos urbanos, y un tercero que combinaba ambas fuentes de residuos.

Según explica la ingeniera, este análisis permitió comprender mejor la huella ambiental del PHA, incluyendo la medición de emisiones de gases de efecto invernadero, el consumo de agua y los posibles efectos sobre los ecosistemas acuáticos y terrestres.

Para alimentar la simulación se recopilaron datos específicos sobre la cantidad de residuos disponibles en Colombia, el comportamiento de los microorganismos en condiciones piloto y diversas variables, como las temperaturas requeridas para cada proceso biológico. Por ejemplo, la producción de la fuente de carbono se realiza mediante un proceso de digestión anaerobia (sin oxígeno) a temperaturas cercanas a los 55 °C, lo que influye en la velocidad y eficiencia del proceso.

La autora del estudio encontró que, según la disponibilidad de sustrato evaluada y el esquema propuesto, se podría tener un sistema de producción de PHA a partir de cultivos mixtos técnicamente viable.

“Esto tendría beneficios ambientales positivos respecto al uso de plásticos convencionales, soportado en el tratamiento y la valorización de residuos para la producción de los ácidos grasos volátiles”, especifica.

“Se calculó que con el uso de lodos de aguas residuales de la PTAR El Salitre se podrían alcanzar las 3.000 toneladas de PHA al año”, agrega. Además, el análisis demostró que el impacto ambiental se podría reducir si en el proceso se consideran sistemas de aprovechamiento energético.

Estos resultados proporcionan información esencial al proyecto financiado por Minciencias, siendo un marco técnico que permitiría llevar la producción de este biopolímero a escala industrial en Colombia. “El siguiente paso es ajustar el modelo con datos de cultivos mixtos locales, lo que nos permitirá entender aún mejor los rendimientos que lograríamos en el contexto colombiano”, concluye la magíster Mosquera.