¿Podemos imaginar un proceso industrial capaz de procesar residuos o subproductos generados por otras industrias y generar bioplásticos listos para envolver alimentos, ácido caproico como biocombustible para la aviación, hidrógeno limpio y briquetas para calentar hogares, todo ello sin generar ningún residuo?
Lo que parece una fantasía propia de una novela de Julio Verne es el corazón de la investigación que lidera un equipo científico en la Universidad de Cádiz a través del proyecto CAPRO-BEET. Su misión: convertir los principales subproductos de la industria azucarera en una auténtica mina de oro biológica y sostenible.
El proyecto CAPRO-BEET, propone un modelo de biorrefinería circular para transformar subproductos de la industria azucarera en compuestos de alto valor industrial. Utilizando pulpa de remolacha agotada (tras el proceso de extracción del azúcar) y melazas, el equipo científico busca producir ácido caproico mediante un proceso biotecnológico de elongación de cadena con la bacteria Clostridium kluyveri. Este es el proceso estrella del proyecto, pero, no obstante, también se incluyen otros procesos que generan productos muy valiosos. Así, la propuesta integra diversas fases biológicas, incluyendo la fermentación oscura para obtener ácidos grasos de cadena corta y la hidrólisis enzimática y la fermentación alcohólica para la producción de etanol. Además de generar precursores de bioplásticos biodegradables (PHAs), el sistema permite obtener biohidrógeno como energía limpia y biocombustibles sólidos a partir de los residuos finales.
El estudio pretende optimizar las condiciones operativas para maximizar el rendimiento de estos productos, promoviendo una estrategia de residuo cero y sostenibilidad económica. De este modo, se busca sustituir materias primas no renovables por alternativas biológicas alineadas con las prioridades de la bioeconomía europea.
El problema de vivir bajo el dictado del petróleo
Nuestra sociedad moderna padece una profunda dependencia de los combustibles fósiles. No solo los quemamos para mover nuestros coches; el petróleo está detrás de la ropa que vestimos, de los envases que desechamos y de una infinidad de compuestos químicos esenciales que sostienen la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética. Este modelo lineal -extraer, fabricar, usar y tirar- está pasando una factura ecológica insostenible, reflejada en la crisis climática y en océanos saturados de plásticos indestructibles.
El gran desafío de la ciencia actual es encontrar sustitutos de los derivados del petróleo que sean de base biológica y que puedan generarse de forma económica y respetuosa con el medio ambiente. Aquí es donde entra en juego la biorrefinería, el equivalente ecológico a las refinerías petroquímicas, donde la materia prima no es el crudo fósil extraído del subsuelo, sino la biomasa renovable, entre los que pueden destacarse los residuos y subproductos agroalimentarios.
Dos subproductos olvidados en busca de una oportunidad
España es una potencia en el cultivo de remolacha azucarera; tan solo en campañas recientes se alcanzaron cosechas de más de 2,5 millones de toneladas. Tras extraer el azúcar que utilizamos en nuestras cocinas, las fábricas generan enormes volúmenes de dos subproductos: la pulpa de remolacha agotada (el residuo fibroso y vegetal) y las melazas (un jarabe espeso y oscuro rico en azúcares remanentes).
Aunque parte de la pulpa se destina a la alimentación de ganado, en muchas regiones acaba acumulándose como desecho. Sin embargo, para los investigadores del proyecto CAPRO-BEET, este residuo no es basura, sino un banquete de lujo para microorganismos. La pulpa está repleta de celulosa y azúcares complejos que pueden ser liberados y transformados por microorganismos sumamente eficientes.
La increíble línea de montaje celular
El proceso diseñado funciona como una cadena de montaje biológica perfectamente coordinada donde intervienen distintas familias de bacterias y levaduras:
La primera etapa: fermentación oscura y el gas del futuro. En primer lugar, la pulpa y la melaza se mezclan en reactores sin oxígeno (un proceso anaerobio llamado fermentación oscura). Aquí, un consorcio de bacterias digiere la biomasa y la transforma en ácidos grasos de cadena corta (como los ácidos acético o butírico). Mientras hacen esto, las bacterias liberan un «regalo» gaseoso: biohidrógeno (Bio-H2). Este gas es el vector energético más limpio que existe, ya que su única emisión al quemarse es vapor de agua.
La segunda etapa: fermentación alcohólica y el etanol. El residuo sólido que queda tras la fermentación oscura se somete a un tratamiento con enzimas (sacarificación), que genera los azúcares que se transformarán en etanol utilizando la levadura convencional de la cerveza, el vino o el pan (Saccharomyces cerevisiae). Este etanol servirá como base para la posterior producción de ácido caproico
La etapa estrella del proceso: elongación en cadena y ácido caproico. Una vez que tenemos los ácidos grasos de cadena corta y el etanol, entra en escena la bacteria Clostridium kluyveri. Este fascinante microorganismo realiza una proeza química llamada «elongación de cadena» mediante la ruta metabólica de beta-oxidación inversa. Utiliza el etanol como dador de electrones y los ácidos grasos de cadena corta como aceptores de los mismos, uniéndolos para producir ácido caproico. El ácido caproico es un ácido graso de cadena media con un mercado potencial dos veces mayor que el del etanol. Actualmente, este ácido se obtiene principalmente de cultivos alimentarios como el aceite de palma o de coco, pero su contenido es bajo y su extracción costosa. Producirlo a partir de restos de remolacha es una opción muy prometedora. ¿Sus aplicaciones? Desde aditivos alimentarios y aromas hasta lubricantes y precursores de biocombustibles avanzados para la aviación.
La cuarta etapa: plásticos biodegradables fabricados por bacterias. La versatilidad del proceso no se detiene ahí. Los ácidos grasos de cadena corta obtenidos en la primera etapa también pueden desviarse hacia otros reactores en los que se metabolizan por bacterias como Cupriavidus necator. Cuando estas bacterias se alimentan de dichos ácidos, en condiciones específicas, empiezan a acumular unos polímeros, llamados PHAs (polihidroxialcanoatos), en el interior celular. Para la bacteria, estos polímeros son simplemente reservas de energía, el equivalente a nuestra grasa corporal. Sin embargo, estos compuestos constituyen los precursores de unos bioplásticos excepcionales, totalmente biodegradables, ideales para fabricar film para envasar alimentos, o su uso en diversas industrias (agrícolas, automovilística, etc.) y para obtener productos para uso médico, como prótesis, debido a su gran biocompatibilidad. Y, quizás, lo más importante es su sostenibilidad: que desaparecerán sin dejar rastro en la naturaleza, en un corto período de tiempo después de desecharlos.
El proceso residuo cero
La meta final del proyecto CAPRO-BEET no es sólo la producción de estos productos valiosos, sino que esto se consiga manteniendo una filosofía ecológica radical: que el proceso global no genere ningún residuo, lo que se conoce como proceso residuo cero.
En la industria tradicional, los procesos químicos suelen generar residuos difíciles de gestionar. En esta biorrefinería vegetal, los restos sólidos finales que las bacterias ya no pueden digerir se recuperan, se secan y se prensan. El resultado son biocombustibles sólidos (briquetas y pellets) de alta eficiencia energética que cumplen con las normativas internacionales más exigentes, listos para ser quemados en calderas de biomasa sustituyendo al carbón o al gas natural. Por tanto, en CAPRO-BEET se contempla la utilización de todos los residuos sólidos generados en las distintas etapas para obtener biocombustible sólido y, de esta forma, hacer un proceso residuo cero.
Impacto y futuro: Hacia una economía descarbonizada
El impacto esperado de CAPRO-BEET es tanto científico como socioeconómico. Desde el punto de vista científico, el proyecto busca optimizar los distintos procesos mencionados, estudiando las mejores condiciones operativas de los mismos, con el objetivo de buscar tanto su viabilidad técnica como económica.
Económicamente, la valorización de subproductos industriales para producir bioproductos de alto valor añadido se enmarca en el ámbito de la bioeconomía, un sector por el que se está apostando decididamente en los últimos tiempos, ya que aúna la generación de productos de interés con la economía circular, ayudando a darle una nueva vida a los residuos y subproductos industriales.
Al sustituir procesos basados en combustibles fósiles o en cultivos que compiten con la alimentación humana, el proyecto se alinea directamente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU, especialmente el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante) y el ODS 12 (Producción y consumo responsables).
El proyecto CAPRO-BEET representa un salto cualitativo en la forma en que gestionamos nuestros recursos agroindustriales. Al combinar la ingeniería química con la microbiología avanzada, este equipo multidisciplinar está demostrando que es posible transformar lo que hoy consideramos «desecho» en los materiales y la energía del mañana. Es, en definitiva, un paso firme hacia un futuro donde nuestras bolsas de plástico y nuestros combustibles tengan su origen en algo tan natural y sencillo como una remolacha.
El proyecto CAPRO-BEET, PID2023-146737OB-I00, ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España (MICIU), la Agencia Estatal de Investigación (AEI) y los fondos FEDER de la Unión Europea. En el proyecto se demuestra que la transición hacia un planeta verde no requiere tecnologías imposibles, sino ingenio biotecnológico. Al integrar la ingeniería de procesos con la microbiología, este equipo de investigadores consigue cerrar el círculo perfecto de la economía circular: lo que empezó en el campo como una planta de remolacha y terminó en la fábrica como un subproducto, regresa a la sociedad en forma de plásticos limpios, energía verde y productos químicos de alto valor. La naturaleza no genera basura; simplemente nos enseña que el desecho de un organismo es el tesoro de otro.
