El presente proyecto esta englobado dentro del desarrollo y prueba de una biorrefinería celulósica para la producción de biocombustibles y biopolímeros. Actualmente, se cuenta con el diseño conceptual de una biorrefinería que utiliza residuos agrícolas para producir H2 y alcoholes carburantes mediante procesos de fermentación. En el reactor de H2 se generan efluentes con una alta concentración de ácido acético y butírico, que típicamente son utilizados para obtener metano. Sin embargo, estos ácidos orgánicos podrían utilizarse para obtener biopolímeros, un material de mayor valor agregado lo que podría incrementar la rentabilidad de la planta. Los polihidroxialcanoatos (PHAs) son poliésteres lineales que acumulan cierto tipo de bacterias, y tienen un gran potencial de sustituir a los plásticos derivados del petróleo. Los PHAs son biodegradables y con propiedades termoplásticas que los hacen interesantes para su uso en la industria. Hasta ahora, el costo de las materias primas para la producción de los PHAs, y los bajos rendimientos de fermentación han restringido su uso. Las preguntas a responder son ¿cuál será la productividad de PHAs bajo un esquema de una biorrefinería celulósica utilizando como sustrato los efluentes fermentados? ¿cuál será el costo de producción de PHAs? ¿la rentabilidad de la biorrefinería aumenta? El objetivo del proyecto es integrar la producción de PHAs bacterianos dentro de la configuración de una planta de producción de biocombustibles celulósicos. Para ello, se cuenta con bacterias productoras de PHAs que crecen en los ácidos orgánicos derivados de la fermentación de paja de trigo. Los objetivos específicos son: 1) caracterizar la cinética de producción de biomasa, PHAs y consumo de ácidos orgánicos, 2) identificar los factores clave que influyen en la producción de PHAs mediante la aplicación del diseño de experimentos, 3) escalar la producción a un reactor de 3L, y 4) caracterizar la estructura y principales propiedades termoplásticas del biopolímero, 5) calcular el valor presente neto y tasa de retorno de una biorrefinería celulósica de producción de biocombustibles y PHAs. Las metas a lograr serán: i) obtener una cepa con una productividad de 0.1 g PHB/Lh, ii) producir 2 g del biopolímero en el reactor instrumentado para su caracterización, iii) estimar el posible precio en el mercado del PHA en base a su peso molecular y propiedades plásticas, iv) calcular el valor presente neto y tasa de retorno de una planta celulósica 2,200 MT/día que produce PHAs y biocombustibles. Los entregables para el primer año son: reporte final, 1 artículo científico en el JCR, 1 tesis de maestría, 1 congreso en el extranjero. Las instituciones participantes incluyen la Unidad Académica de Juriquilla del Instituto de Ingeniería UNAM, y el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en Argentina.

La producción de PHAs contribuye directamente en ofrecer una alternativa a los plásticos derivados del petróleo. En México, anualmente se producen más de 4 millones de toneladas donde sólo el 12 por cierto se recicla, mientras que el resto se dispone en rellenos sanitarios en el mejor de los casos, o bien tienen como destino final diversos ecosistemas. Los plásticos derivados del petróleo son difícilmente degradados en el ambiente, y originan compuestos tóxicos afectando al ambiente y la salud. Aunado a lo anterior, casi la totalidad de los petroplásticos se producen a partir de combustibles fósiles, lo que incrementa la presión por estos recursos no renovables. Debido a la importancia de los plásticos en la industria y vida cotidiana, se hace imprescindible la investigación de alternativas económicas, renovables y biodegradables. Existen polímeros biodegradables obtenidos de diferentes tipos de materias primas. Entre ellos, los PHAs son poliésteres producidos por bacterias a partir de fuentes de carbono como glucosa, lo que hace el producto muy costoso restringiendo su aplicación a un reducido tipo de industria. Si el costo de los PHAs logra reducirse de forma sustancial, estos podrán ser utilizados en un mayor número de empresas, como la alimenticia, textil, cosmética, automotriz, por mencionar algunas. Uno de los factores identificados para reducir los costos, es la materia prima. Por ello, otras propuestas incluyen el uso de residuos alimenticios, melazas, aguas residuales, efluentes fermentados, entre otros. También es necesario incrementar las productividades alcanzadas en los reactores biológicos, por lo que la cepa utilizada y el modo de operación toman relevancia. El presente proyecto propone la producción de PHAs bajo un esquema de una planta multipropósito o biorrefinería celulósica de producción de biocombustibles. Esto tiene como gran ventaja que los costos de recolección y procesamiento de la materia prima ya han sido sufragados. La producción de PHAs no se hará a partir de la fracción de azúcares como otros autores han propuesto, sino utilizando los efluentes con ácidos orgánicos de uno de los procesos de fermentación, lo cual maximiza la conversión de sustrato. Esto podría incrementar la rentabilidad de la biorrefinería, ya que actualmente ni la producción de biocombustibles celulósicos ni de PHAs es económica.